Peneliti telah menyaksikan superfluida di graphene menghentikan gerakannya, bertransisi menjadi supersolid—fase kuantum yang memadukan keteraturan seperti padat dengan aliran tanpa gesekan. Terobosan ini, dicapai di graphene berlapis ganda di bawah kondisi tertentu, menantang asumsi lama tentang materi kuantum. Temuan, yang diterbitkan di Nature, menandai pengamatan alami pertama fase tersebut tanpa batasan buatan.
Materi kuantum sering menentang ekspektasi klasik. Lebih dari satu abad lalu, ilmuwan menemukan bahwa helium pada suhu ultra-rendah menjadi superfluida, mengalir tanpa hambatan dan menunjukkan sifat aneh seperti memanjat dinding wadah. Selama puluhan tahun, peneliti bertanya-tanya apa yang terjadi jika fluida tersebut didinginkan lebih lanjut, berpotensi membentuk supersolid: keadaan dengan struktur kristal namun sifat seperti cairan. Tim yang dipimpin Cory Dean dari Universitas Columbia dan Jia Li dari Universitas Texas di Austin menangani ini dalam eksperimen dengan graphene berlapis ganda. Dengan menumpuk dua lembar karbon setipis atom dan menyetel satu dengan elektron ekstra dan yang lain dengan lubang, mereka menciptakan eksiton—kuasipartikel yang, di bawah medan magnet kuat, bertindak secara kolektif sebagai superfluida. Saat mereka menyesuaikan kepadatan eksiton dan suhu, terjadi pergeseran tak terduga. Pada kepadatan tinggi, eksiton mengalir bebas. Menurunkan kepadatan menghentikan aliran, mengubah sistem menjadi isolator—keadaan seperti padat. Meningkatkan suhu kemudian menghidupkan kembali perilaku superfluida, membalik transisi fase tipikal. «Untuk pertama kalinya, kami melihat superfluida menjalani transisi fase menjadi apa yang tampak seperti supersolid,» kata Dean. Li menambahkan, «Superfluida umumnya dianggap sebagai keadaan dasar suhu rendah. Mengamati fase isolator yang mencair menjadi superfluida belum pernah terjadi sebelumnya. Ini sangat menunjukkan bahwa fase suhu rendah adalah padat eksiton yang sangat tidak biasa.» Tim, termasuk Yihang Zeng (sekarang di Universitas Purdue), menggunakan pengukuran transportasi untuk mendeteksi perubahan ini. Dean mencatat keterbatasan: «Kami dibiarkan berspekulasi sedikit, karena kemampuan kami untuk menginterogasi isolator berhenti sedikit.» Pekerjaan mendatang mengeksplorasi material 2D lainnya, di mana eksiton lebih ringan mungkin memungkinkan supersolid pada suhu lebih tinggi, tanpa medan magnet. Penemuan ini menyoroti peran graphene dalam menyelidiki fase kuantum, berpotensi memajukan pemahaman tentang keadaan materi eksotis.
