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.
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.
Позавчера, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

Позавчера, 14:08
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

15 апреля
14 минут
Василий Парфенов

Новое масштабное журналистское расследование собрало воедино самые вопиющие факты коррупции, махинаций с официальной статистикой и игнорирования пандемии на государственном уровне.

Позавчера, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

Позавчера, 14:08
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

12 апреля
4 минуты
Сергей Васильев

Каждый год на поверхность планеты оседают более 5000 тонн мелких частиц от комет и астероидов — на порядки больше, чем приносят падающие массивные метеориты.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: