Die Besonderheit ist, dass es eine kristalline Struktur haben kann und gleichzeitig superfluid ist. Nach jahrzehntelangen Versuchen hat eine Forschergruppe an der Universität Innsbruck unter der Leitung der Italienerin Francesca Ferlaino ein seltsames, ausgeklügeltes Material entwickelt.
Nach jahrzehntelanger Forschung und erfolglosen Versuchen ist es nun endlich gelungen, den ersten 2D-Superfestkörper zu erschaffen, ein fast magisches Material, das durch die Ausnutzung von Quantenphänomenen entsteht. Das Material hat die Eigenschaften eines Festkörpers und eines Suprafluids und wurde von einem Forschungsteam der österreichischen Universität Innsbruck unter der Leitung der Italienerin Francesca Ferlaino entwickelt. Die Ergebnisse der Studie sind in der Zeitschrift Nature veröffentlicht worden.
Die Eigenschaften und die Entstehung des 2D-Superfestkörpers
Die Besonderheit dieser Superfestkörper liegt darin, dass ein Material unter bestimmten Bedingungen eine kristalline Struktur haben kann, also fest ist, und gleichzeitig superfluid sein kann, d.h. keine Reibung erzeugt, theoretisch kann ein superfluides Material endlos gleiten. Seit den 1950er Jahren haben Dutzende von Forscherteams versucht, diese theoretisch vorhergesagten Verhaltensweisen in die Realität umzusetzen. Im Jahr 2019 hatten drei verschiedene Gruppen, darunter die des Nationalen Instituts für Optik des Nationalen Forschungsrats von Pisa (CNR-Ino), dies geschafft, allerdings nur mit einzelnen "Tröpfchen" in einer einzigen Dimension. Der Gruppe von Ferlaino ist es hingegen gelungen, viele Tröpfchen zu einem zweidimensionalen Gitter anzuordnen, einer geordneten Struktur wie ein Kristall, die jedoch alle erwarteten bizarren Quanteneigenschaften aufweist.
Die Intuition, die zur Schaffung des Materials führte, beruht auf der Tatsache, dass in der Quantenwelt die "Lokalisierung", d. h. die Existenz eines Teilchens an einem bestimmten Punkt, fehlt. "Normalerweise würde man denken, dass sich jedes Atom in einem eigenen Tröpfchen befindet und keine Möglichkeit hat, sich mit anderen auszutauschen", erklärt Matthew Norcia, einer der Forscher der Gruppe. "Im supersoliden Zustand", fügte er hinzu, "ist jedoch jedes Teilchen in allen Tröpfchen delokalisiert, d.h. es existiert gleichzeitig in jedem Tröpfchen". Das bizarre Verhalten auf der Quantenskala innerhalb des von den Forschern konstruierten Szenarios ermöglichte es, dass an allen Punkten und zur gleichen Zeit ein supersolides Verhalten auftrat. Das von den Schweizer Forschern durchgeführte Experiment würde der Welt der Forschung neue Perspektiven eröffnen. Ferlaino zufolge könnte es uns helfen zu verstehen, "wie sich 'Wirbel' in den Hohlräumen zwischen benachbarten Tröpfchen bilden".
Wenn man in der Welt der Physik bleibt, ist es einem Team von Wissenschaftlern stattdessen gelungen, schwarze Löcher zu wiegen.
Stefania Bernardini