Lần đầu tiên trong lịch sử các nhà vật lý học đã thành công trong việc tạo ra “ánh sáng lỏng” tại nhiệt độ phòng, cho phép nghiên cứu dạng vật chất kỳ dị này một cách chi tiết chưa từng có, đồng thời tạo điều kiện phát triển những loại vật liệu siêu dẫn cho các thiết bị của tương lai. Loại vật chất này vừa siêu lỏng, không hề có ma sát và là một dạng của ngưng tụ Bose–Einstein, đôi khi còn được diễn tả là trạng thái thứ 5 của vật chất, cho phép ánh sáng chảy quanh vật thể và tất cả các góc khuất của nó.
Hồi nhỏ đi học chúng ta được dạy rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt và luôn di chuyển theo một đường thẳng. Điều đó giải thích cho việc tại sao mắt bạn không thể nhìn toàn bộ vật thể hoặc các góc khuất. Tuy nhiên, duớ những điều kiện cực hạn thì ánh sáng sẽ thể hiện như một chất lỏng và vật chất này bắt đầu đảm nhận nhiều đặc tính của sóng hơn. Trạng thái này của ánh sáng được hình thành tại nhiệt độ gần với độ 0 tuyệt đối và chỉ tồn tại trong vài phần giây, được gọi là ngưng tụ Bose–Einstein (BCE).
Tuy nhiên trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học cho biết đã có thể tạo ra được BCE ngay trong nhiệt độ phòng bằng một kỹ thuật đặc biệt phối hợp giữa ánh sáng và vật chất. Người dẫn đầu nghiên cứu, giáo sư Daniele Sanvitto tại Viện công nghệ Nano Ý cho biết: “Quan sát dị thường trong nghiên cứu của chúng tôi chính là chứng minh được trạng thái siêu lỏng có thể xảy ra trong nhiệt độ phòng, dưới những điều kiện môi trường xung quanh, bằng cách sử dụng các hạt ánh sáng - vật chất gọi là polariton.”
Trạng thái siêu lỏng (bên dưới) và bình thường (bên trên)
Nghe có vẻ đơn giản nhưng trên thực tế, việc tạo ra polaritons cũng đòi hỏi nhiều trang thiết bị chuyên dụng cùng những kỹ thuật tiên tiến dưới cấp độ nano. Trong nghiên cứu, họ đã kẹp một mảnh phân tử hữu cơ dày 130 nano mét giữa 2 chiếc gương siêu phản chiếu, sau đó bắn một xung laser 35 femto giây vào đó (1 femto giây bằng 10 ^ -15 giây). Một thành viên trong nhóm nghiên cứu, giáo sư Stéphane Kéna-Cohen tại Trường bách khoa Montreal, Canada cho biết: “Bằng cách này, chúng tôi có thể kết hợp các đặc tính của photon, thí dụ như tập trung ánh sáng và gia tốc nhanh, với những tương tác mạnh từ các electron trong phân tử.”
Kết quả cuối cùng là một dạng vật chất “siêu lỏng” với những đặc tính cực kỳ đặc biệt. Trong điều kiện thường, khi chất lỏng chảy, nó sẽ tạo nên những gợn sóng và cuộn xoáy, nhưng siêu lỏng thì không. Như có thể nhìn thấy trong hình ảnh bên dưới, dòng chảy của các polaritons bị nhiễu loạn dưới các tình huống thông thường, trong khi trạng thái siêu lỏng thì không có điều đó. Kéna-Cohen cho biết: “Trong trạng thái siêu lỏng, sự hỗn loạn này bị dập tắt quanh vật cản, gây ra một dòng chảy liên tiếp, khiến cho dòng chảy cứ tiếp tục một cách không đổi.”
Nhóm nghiên cứu khẳng định kết quả lần này đã mở ra một hướng đi mới không chỉ trong việc nghiên cứu thủy động lực học lượng tử mà đặc biệt hơn, việc tạo thành “ánh sáng lỏng” trong điều kiện phòng còn mở đường cho sự phát triển của những công nghệ mới trong tương lai, thí dụ như sản xuất vật liệu siêu dẫn cho các thiết bị LED, tấm năng lượng Mặt Trời hoặc đèn laser,… Nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí uy tín Nature.
Hồi nhỏ đi học chúng ta được dạy rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt và luôn di chuyển theo một đường thẳng. Điều đó giải thích cho việc tại sao mắt bạn không thể nhìn toàn bộ vật thể hoặc các góc khuất. Tuy nhiên, duớ những điều kiện cực hạn thì ánh sáng sẽ thể hiện như một chất lỏng và vật chất này bắt đầu đảm nhận nhiều đặc tính của sóng hơn. Trạng thái này của ánh sáng được hình thành tại nhiệt độ gần với độ 0 tuyệt đối và chỉ tồn tại trong vài phần giây, được gọi là ngưng tụ Bose–Einstein (BCE).
Tuy nhiên trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học cho biết đã có thể tạo ra được BCE ngay trong nhiệt độ phòng bằng một kỹ thuật đặc biệt phối hợp giữa ánh sáng và vật chất. Người dẫn đầu nghiên cứu, giáo sư Daniele Sanvitto tại Viện công nghệ Nano Ý cho biết: “Quan sát dị thường trong nghiên cứu của chúng tôi chính là chứng minh được trạng thái siêu lỏng có thể xảy ra trong nhiệt độ phòng, dưới những điều kiện môi trường xung quanh, bằng cách sử dụng các hạt ánh sáng - vật chất gọi là polariton.”
Trạng thái siêu lỏng (bên dưới) và bình thường (bên trên)
Nghe có vẻ đơn giản nhưng trên thực tế, việc tạo ra polaritons cũng đòi hỏi nhiều trang thiết bị chuyên dụng cùng những kỹ thuật tiên tiến dưới cấp độ nano. Trong nghiên cứu, họ đã kẹp một mảnh phân tử hữu cơ dày 130 nano mét giữa 2 chiếc gương siêu phản chiếu, sau đó bắn một xung laser 35 femto giây vào đó (1 femto giây bằng 10 ^ -15 giây). Một thành viên trong nhóm nghiên cứu, giáo sư Stéphane Kéna-Cohen tại Trường bách khoa Montreal, Canada cho biết: “Bằng cách này, chúng tôi có thể kết hợp các đặc tính của photon, thí dụ như tập trung ánh sáng và gia tốc nhanh, với những tương tác mạnh từ các electron trong phân tử.”
Kết quả cuối cùng là một dạng vật chất “siêu lỏng” với những đặc tính cực kỳ đặc biệt. Trong điều kiện thường, khi chất lỏng chảy, nó sẽ tạo nên những gợn sóng và cuộn xoáy, nhưng siêu lỏng thì không. Như có thể nhìn thấy trong hình ảnh bên dưới, dòng chảy của các polaritons bị nhiễu loạn dưới các tình huống thông thường, trong khi trạng thái siêu lỏng thì không có điều đó. Kéna-Cohen cho biết: “Trong trạng thái siêu lỏng, sự hỗn loạn này bị dập tắt quanh vật cản, gây ra một dòng chảy liên tiếp, khiến cho dòng chảy cứ tiếp tục một cách không đổi.”
Nhóm nghiên cứu khẳng định kết quả lần này đã mở ra một hướng đi mới không chỉ trong việc nghiên cứu thủy động lực học lượng tử mà đặc biệt hơn, việc tạo thành “ánh sáng lỏng” trong điều kiện phòng còn mở đường cho sự phát triển của những công nghệ mới trong tương lai, thí dụ như sản xuất vật liệu siêu dẫn cho các thiết bị LED, tấm năng lượng Mặt Trời hoặc đèn laser,… Nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí uy tín Nature.
