Экситон-поляритонами научились управлять при помощи кристаллических решеток и лазера — Naked Science
9 минут
Сколтех

Экситон-поляритонами научились управлять при помощи кристаллических решеток и лазера

4.1

Исследователи из Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха и Саутгемптонского, а также Ланкастерского университетов продемонстрировали новый оптический метод, позволяющий синтезировать искусственные твердотельные кристаллические структуры для экситон-поляритонов в микрорезонаторе, используя лишь лазерное излучение. Полученные результаты могут стать основой для реализации программируемых схем на базе поляритонов, разработки новых стратегий создания управляемого оптического излучения, а также методов создания надежных пространственно-локализованных когерентных источников света.

Экситон-поляритонами научились управлять при помощи кристаллических решеток и лазера / ©http://xn--80akfo2a.xn--p1ai/

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Создавая искусственные решетки для квантовых частиц, можно исследовать физические процессы в условиях, которые не всегда можно встретить в природе. Интересной особенностью искусственных решеток является их симметрия, позволяющая во многих случаях получать точно решаемые модели с понятными свойствами. Однако создание искусственных решеток – непростая задача, требующая соблюдения ряда ограничений и условий.

Во-первых, используемые материалы должны быть заранее подготовлены в окончательном виде, так как изменять (дорабатывать) их в процессе создания решетки не представляется возможным. Во-вторых, создание решетки произвольной формы невозможно даже при помощи технологий создания оптических решеток для холодных атомов.

За решение этой сложной задачи взялась международная команда исследователей, в состав которой вошли Люси Пикап (Саутгемптонский университет, Великобритания), д-р Хельги Сигурдссон (Саутгемптонский университет и Сколтех), профессор Янне Руостекоски (Ланкастерский университет, Великобритания) и профессор Павлос Лагудакис (Сколтех и Саутгемптонский университет).

Логарифмические цветовые карты, показывающие распределение фотолюминесценции в реальном пространстве / ©www.nature.com

И решение было найдено: ученые разработали новый метод, позволяющий создавать программируемые искусственные решетки произвольной формы, используя для этой цели только структурированное лазерное излучение. В данном случае под программированием имеется в виду возможность перестройки системы экситон-поляритонов с одной решетки на другую без необходимости создания новой дорогостоящей системы с нуля.

При попадании лазерного излучения в полупроводниковую квантовую яму происходит возбуждение многочисленных электронов и дырок, а также связанных состояний между ними, именуемых экситонами. Если разместить квантовую яму между двумя зеркалами, образуется резонатор для фотонов. В результате, у некоторых экситонов появляется оболочка из фотонов, и образуются новые экзотические квазичастицы, состоящие наполовину из вещества и наполовину из света. Такие частицы называют экситон-поляритонами.

Экситон-поляритоны отличаются высокой активностью и способны взаимодействовать не только друг с другом, но и с окружающими их электронами, дырками и экситонами. Исследователям удалось показать, что при использовании геометрически структурированного лазерного излучения экситон-поляритоны начинают отталкиваться от возбужденных электронов, дырок и экситонов, которые повторяют геометрию возбуждения или, иначе говоря, поляритоны движутся в рамках искусственно сформированного лазером ландшафта.

Создаваемый лазером потенциал влияет только на экситон-поляритоны и не воздействует на фотоны внутри резонатора – в этом заключается принципиальное отличие данной системы от систем на фотонных кристаллах. Создав лазерную маску с трансляционной симметрией, исследователи воспроизвели фундаментальный признак твердотельных систем, а именно образование энергетических зон в кристаллах в случае экситон-поляритонов подобно тому, как это происходит в случае электронов в твердотельных материалах.

«Результаты этой работы открывают возможности для дальнейших исследований в области квантовой физики, в частности, для изучения диссипативных систем многих тел с использованием решеток, обладающих свойствами, которые невозможно воспроизвести в эрмитовых квантовых системах», – отмечает один из авторов статьи, доктор Пикап.

«Это весьма впечатляющий результат для такой относительно новой области, как неэрмитовая топологическая физика», – добавляет доктор Сигурдссон. Чтобы изменить структуру энергетических зон, достаточно лишь соответствующим образом настроить лазерную маску, что позволит неинвазивным способом управлять квантовыми состояниями в искусственных решетках.

Полученные результаты могут найти применение в различных приложениях – от систем оптической связи и обработки информации до высокочувствительных биомедицинских детекторов и систем генерации оптического излучения с топологической защитой. Результаты исследования также открывают новые возможности для изучения фундаментальных вопросов физики применительно к решеткам многих тел в открытой (неэрмитовой) квантовой среде.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
158 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Комментарии

Написать комментарий
3 часа назад
52 минуты
Александр Березин

Решение Совета по космосу РАН повременить с созданием сверхтяжелой ракеты для полетов на Луну звучит странно. Куда откладывать лунную ракету, когда в США средство полета туда отправится в космос уже в 2022 году? Если присмотреться к ситуации внимательно, все еще хуже. Starship — не просто ракета для полетов к Луне и Марсу, а технологическое решение, которое навсегда перевернет военно-политический баланс на Земле. Попробуем разобраться, откуда у «Роскосмоса» такое нежелание посылать людей в дальний космос и как прорывной проект Илона Маска может оказаться дорогой к настоящей Звезде Смерти.

Вчера, 15:51
5 минут
Ольга Иванова

Не потерять — в буквальном смысле. Ведь как всем известно, самки этих насекомых нередко промышляют тем, что откусывают голову (и другие части тела) самцам сразу после или даже во время спаривания. Ученые из Новой Зеландии выяснили, что мужские особи одного из видов богомолов могут применять определенную тактику для того, чтобы защититься от нападения агрессивной самки.

5 часов назад
7 минут
Василий Парфенов

Говоря об атмосферном электричестве люди, как правило, подразумевают привычные грозовые либо полумифические шаровые молнии. Однако на большой высоте, над облаками, изредка наблюдаются иные разряды не до конца ясной природы. Специальное оборудование на МКС зафиксировало одно из таких явлений и приблизило ученых к пониманию так называемых ионосферных молний.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Россия подняла в небо группу из шести военно-транспортных самолетов Ан-124-100. Такие тренировки позволяют отработать переброску на большие расстояния личного состава воинских подразделений.

18 января
5 минут
Василий Парфенов

В московском аэропорту Жуковский произошло ЧП: за пределы взлетно-посадочной полосы выкатился новейший отечественный авиалайнер МС-21-300. Он проходил испытания, во время которых имитировали прерванный полет из-за отказа одного двигателя.

16 января
9 минут
Василий Парфенов

Специалисты по информационной безопасности нашли пренеприятнейшую особенность ОС Windows 10. Ее штатный драйвер файловой системы NTFS при определенных условиях реагирует крайне деструктивным образом — критически повреждает главную файловую таблицу MFT. Вызвать такое его поведение можно огромным количеством способов: от создания подготовленной веб-страницы до отправки картинок, файлов и документов жертве.

4 января
2 минуты
Илья Ведмеденко

В России приступили к летным испытаниям нового Ту-214. По имеющимся данным, речь идет о третьем и заключительном экземпляре Ту-214ПУ, изготовленном по контракту от 2017 года.

6 января
42 минуты
Александр Березин

Попытки нашей страны создать замену сверхмассовому биплану советской эпохи терпят неудачи вот уже тридцать лет. Причина проста: кризис легкомоторной авиации в целом. Когда-то самая передовая часть авиастроения сегодня застряла на решениях большой древности — и без резкого изменения всей концепции "летающего такси" так и не увидит заметных результатов.

4 января
7 минут
Василий Парфенов

Наступление Мирового океана на сушу, как правило, связывают с глобальным потеплением. Однако испанские геологи описали еще одну проблему, которая только усугубляет ситуацию. Они подсчитали, что из-за проседания почв территория, на которой проживает 19% населения Земли, окажется ниже уровня моря уже к 2040 году.

[miniorange_social_login]
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: