伦斯勒理工学院（RPI）研究人员表示，他们通过在纳米级器件中精确设计光与物质的相互作用，获得了一种被称为“超固体”的新奇物质态。相关研究发表在《自然纳米技术》上。研究团队称，该结果表明这种量子相态可在室温下存在，突破了以往主要在极低温条件下观测到超固体的限制。

超固体的特征在于同时呈现两类看似难以兼容的性质：一方面具有类似固体的空间有序结构，另一方面又保持量子相干并表现出流体般的无阻力流动特性。此前，超固体状态通常仅在接近绝对零度的环境中被观察到。

RPI材料科学与工程系助理教授、论文通讯作者魏宝表示，研究显示可以利用光来创造并调控这种状态，且实验在室温下完成，并基于可设计、具备潜在规模化能力的平台。

纳米结构中生成“结构化量子流体”

研究团队构建的器件由高质量钙钛矿晶体与精确图案化的纳米结构组成。钙钛矿是一类在光电子学领域被广泛研究的半导体材料；纳米结构用于捕获并塑造光场。共同第一作者、魏宝实验室高级博士生魏力称，团队在纳米尺度上对制造过程进行精确控制，以确保器件能够稳定限制光并按设计运行。

在激光照射下，系统产生极化子（polaritons）——一种兼具光与物质特性的混合粒子。研究人员称，这些粒子可发生集体行为，形成相干的量子流体。

实验显示，在较低激发功率下，极化子凝聚到单一且明确的状态；随着输入能量增加，系统出现显著转变：原本均匀的分布会自发重组为条纹状周期图案，呈现类似晶体的空间有序，同时在整个系统中保持量子相干性。魏宝表示，这种“有序性与相干性并存”的表现符合超固体的定义特征。

非平衡条件下的自组织相变

研究团队指出，与通过冷却等平衡过程形成的普通固体不同，本实验中的超固体是在驱动条件下动态出现的。随着能量注入增加，不同量子态之间发生竞争；当超过临界阈值后，系统难以维持单一状态，转而分布到多个同步状态，进而形成稳定的周期性图案。

研究人员还观察到，每次测量得到的具体图案并不完全相同。魏宝称，这种差异反映了图案的自发形成，而非由外部条件直接施加。

共同第一作者、博士生孟一林表示，团队的光学测量能够在发射光谱与实空间成像中同时捕捉这一相变过程。通过将激光脉冲与单次实空间成像同步，研究人员得以确认相态选择在不同实验重复中呈现随机性，并直接可视化每次实验中的差异。

室温与芯片级平台带来的实验可达性

研究团队强调，该现象在室温下、并在紧凑的芯片级器件中实现，是此次工作的关键点之一。过去对超固体的研究往往依赖接近绝对零度的低温环境及复杂设备；相比之下，该平台使研究人员能够在更实用的条件下探索相关量子现象。

魏宝表示，这一平台为研究非平衡驱动系统中复杂量子序的产生提供了新的途径，并将以往更依赖专门条件的现象带入更易接近且可控的实验环境。

潜在应用方向：多模相干发射与可调模式

除基础研究意义外，研究人员指出，该结果可能对光子学与量子技术带来影响。由于超固体状态涉及多模态相干光发射，研究团队认为其或可用于探索具有可调空间模式或性能提升的新型激光器，并可能在光学计算与信息处理等方向体现出对动态模式控制的价值。

研究人员还表示，该平台可进一步扩展到更复杂的几何结构，以支持对更丰富量子行为的研究，包括涡旋动力学及其他集体现象。魏宝称，团队目前已具备不仅能观测这些状态、也能对其进行设计与控制的平台。