În domeniul fizicii materiei condensate, există câteva „motive” aparent paradoxale: stări care combină proprietăți incompatibile aparent. Un exemplu remarcabil este supersolidul — un material care prezintă ordine cristalină, similar unui solid, dar conservă și caracteristici de superfluid, adică curgere fără rezistență. De aceea, rezultatul recent anunțat de o echipă de cercetare de la Columbia, UT Austin și colaboratori a suscitat interesul întregii comunități științifice: cercetătorii au detectat, într-un sistem de excitoni din grafen dublu strat, o tranziție reversibilă între faza superfluidă și o fază insulatoare interpretată drept candidate potențial pentru supersolid. Studiul a fost publicat în Nature pe 28 ianuarie 2026.
De ce este atât de semnificativă această descoperire? Pentru că, anterior, stările supersolide au fost create în laboratoare sub condiții strict controlate, adesea cu „ajutor extern” (precum potențiale artificiale impuse), iar tranziția naturală și reversibilă între o fază superfluidă și una solid-ordonată a fost dificil de observat direct. În noul experiment, elementul cheie îl reprezintă comportamentul de tip „se topește și revine”: la temperaturi mai scăzute, se manifestă faza insulatoare, iar la creșterea temperaturii reapare caracteristica de superfluid, conform Live Science.
Ce au realizat cercetătorii, explicat pe înțelesul tuturor
Platforma utilizată a fost un sistem de grafen dublu strat (două foi atomice de grafen apropiate), plasat într-un câmp magnetic intens, unde electronii și „golurile” (hole-uri) pot forma perechi legate numite excitoni. Când aceste cvasi-particule se corelează colectiv, pot apărea fenomene cuantice macroscopice, inclusiv superfluiditatea excitonică. 
Echipa a analizat comportamentul de transport în funcție de temperatură și densitate, în condiții dezechilibrate între straturi (layer-imbalanced). La anumite parametri, sistemul prezintă proprietăți de superfluid excitonic; în condiții mai reci, devine fază insulatoare. Apoi, pe măsură ce temperatura crește, această fază izolatoare „se dizolvă” într-o stare superfluidă reactivată. Această secvență reprezintă exact profilul de semnale ce indică prezența unui „solid excitonic” cu comportament cuantic neobișnuit (potențial supersolid).
Un aspect esențial al studiului îl reprezintă faptul că nu se bazează pe o singură măsurătoare, ci pe un set de probe de transport care susțin aceași interpretare fizică: tranziție superfluid–insulator și revenire. Autorii au adoptat o atitudine prudentă în formulări, dar interpretarea predominantă sugerează că au intrat în zona „exciton solid” condus de interacțiuni dipolare, ceea ce coincide cu predicțiile teoretice pentru comportament supersolid.
De ce este această descoperire diferită de ceea ce cunoșteam anterior
În ultimii ani, au fost raportate realizări spectaculoase legate de fenomenul de supersoliditate (de exemplu, în gaze atomice ultra-rece sau sisteme fotonice). Însă majoritatea acestor implementări utilizează arhitecturi unde ordinea spațială este, într-o anumită măsură, „dirijată” extern. Noutatea constă în tranziția naturală, dependentă de parametri interni ai fluidului excitonic, într-un material solid-state cu potențial pentru electronică cuantică.
A doua diferență majoră: platforma de grafen în dublu strat este compatibilă cu echipamentele moderne de nanofabricare și control electric precis. În consecință, nu mai vorbim doar despre fenomene „exotice” teoretice, ci despre un traseu posibil către dispozitive în care stările cuantice colective pot fi reglate electric, eventual la temperaturi mai accesibile.
Al treilea punct distinctiv: acest rezultat se află într-o direcție mai amplă, în care excitonii devin un mediu pentru studierea fazelor corelate de bosoni. În paralel, alte cercetări recente pe heterostructuri moiré au indicat cristalinitate excitonică stabilă din punct de vedere termodinamic, ceea ce sugerează intrarea unui domeniu într-o etapă de convergență experimentale, nu doar de rezultate izolate.
Ce anume este, de fapt, un supersolid și de ce pare „imposibil”
În mod intuitiv, un solid presupune particule fixate într-o rețea ordonată. Un superfluid se caracterizează prin curgere fără rezistență, adică mobilitate colectivă totală. Un supersolid combină aceste două stări: prezintă ordine cristalină și, în același timp, coerență cuantică ce permite transport fără disipare în anumite moduri colective.
Din perspectivă clasică, pare contradictoriu. În mecanica cuantică, fazele colective pot încălca simultan diferite simetrii: una legată de translație (ordine spațială), cealaltă de fază (coerență de condensat). Această „dublă rupere de simetrie” explică de ce supersolidul reprezintă un fenomen atât de teoretic interesant și de dificultățile în demonstrarea experimentală fără ambiguități.
De aceea, comunitatea științifică tratează cu prudență termenii. În numeroase experimente, cercetătorii utilizează formulări precum „consistent cu comportamentul de supersolid” până când setul complet de măsurători (inclusiv sondări directe ale ordinii și coerenței) face această interpretare imposibil de contestat.
Ce urmează: frontiere experimentale și aplicații potențiale
Autorii indică clar că următorul obiectiv îl reprezintă dezvoltarea unor instrumente mai directe pentru a măsura natura fazei insulare identificate. În alte cuvinte, acum avem o tranziție foarte convingătoare; următoarea etapă vizează „imaging-ul” complet al ordinii și coerenței pentru a definitiva interpretarea.
Domeniile de dezvoltare posibilă în anii următori includ:
- Probele de ordine spațială în faza cu temperaturi reduse, pentru confirmarea rețelei excitonice.
- Măsurări de coerență de fază pentru evidențierea componentei superfluidice coexistente.
- Studii pe alte materiale 2D (inclusiv platforme moiré) unde interacțiunile pot favoriza stări similare la temperaturi mai ridicate.
- Cartografierea diagramei de fază în funcție de densitate, câmp magnetic, dezechilibru între straturi și temperatură.
- Dezvoltarea de dispozitive inteligente ce utilizează transport excitonic coerent pentru elemente de logică cu consum redus de energie.
Deși aplicațiile exacte nu sunt imediate, direcția este clară: controlând fazele cuantice colective în materiale solide prin parametri electrici, se deschid perspective pentru electronică de nouă generație, senzori de înaltă sensibilitate și componente pentru arhitecturi cuantice hibride.
Importanța dincolo de fizica fundamentală
Poate părea o temă strict teoretică, însă istoria revoluțiilor tehnologice ne arată că multe inovații majore provin din astfel de descoperiri „exotice”. Fenomenul de superconductivitate, efectul Hall cuantic, semiconductori 2D — toate au evoluat din cercetări fundamentale. Prin manipularea robustă a stărilor colective, devine posibil să proiectezi noi funcții tehnologice radicale.
Mai mult, acest rezultat întărește convingerea că materia dispune de mult mai multe „moduri de existență” decât cele tradiționale, precum lichid, solid sau izolator. Pe măsură ce instrumentele experimentale devin mai precise, delimitările dintre aceste stări devin mai vagi — iar această complexitate reprezintă mediul în care apar cele mai importante descoperiri.
Concluzia actuală este că experimentul realizat cu grafen dublu strat oferă una dintre cele mai solide dovezi că un sistem excitonic poate face tranziția reversibilă între superfluiditate și o fază insulatoare ordonată, compatibilă cu supersoliditatea. Comunitatea științifică va verifica temeinic această interpretare în următorii ani, însă semnalul este clar: o nouă etapă a fizicii fazelor cuantice extreme a început.
