1 октября
Сколтех
2

В Сколтехе научились контролировать состояния квантовой жидкости с помощью лазерного луча

4.5

Исследователи из Сколтеха и Саутгемптонского университета продемонстрировали полностью оптический метод создания искусственных решеток, в узлах которых расположены экситон-поляритоны — квазичастицы в полупроводниках, состоящие одновременно из света и материи. Так называемая решетка Либа, которая обычно не встречается в природе, позволила коллективу провести ряд значимых наблюдений в области физики конденсированного состояния. Созданные с помощью лазерного излучения искусственные решетки квазичастиц могут быть использованы для разработки устройств нового поколения, таких как оптические вычислители, требующие прецизионного контроля над параметрами системы.

В Сколтехе научились контролировать состояния квантовой жидкости с помощью лазерного луча / ©Getty images

Работа опубликована в журнале Nature Communications. В так называемом режиме сильного взаимодействия света с веществом электронные возбуждения в полупроводнике, расположенном в микрорезонаторе, состоящем их двух зеркал, оказываются неразрывно связанными с локализованными фотонами внутри микрорезонатора. В результате возникают новые квантовые состояния — экситон-поляритоны, или, для краткости, поляритоны.

С помощью последних можно исследовать уникальные гибридные системы «материя — волна», а также иные явления в фотонных системах на микромасштабе. При определенных условиях поляритоны могут образовывать когерентные многочастичные состояния материи, подобные конденсатам Бозе — Эйнштейна (реализованным на ультрахолодных атомах), обеспечивая возможность для исследования нелинейной динамики в системах с диссипацией энергии.

Ученые решили выяснить, каким образом конденсаты ведут себя в искусственных оптических решетках Либа. Такие решетки нетипичны для природы, однако представляют огромный интерес для фундаментальный науки. Исследователи использовали программируемый пространственный модулятор света, позволяющий создать оптическую решетку желаемой геометрии и спроецировать ее изображение на поверхность полупроводникового образца.

В областях, где лазерное излучение было наиболее интенсивным, наблюдалось увеличение не только количества генерируемых поляритонов, но и их энергии. При достаточно высокой мощности лазерного излучения поляритоны начинали конденсироваться на максимумах создаваемого лазером «потенциального ландшафта», то есть в узлах решетки. При таком «баллистическом» режиме распространения поляритонов, последние с высокой энергией быстро покидают область конденсации, рассеиваясь и дифрагируя на решетке.

По наблюдениям ученых, при уменьшении периода решетки происходил фазовый переход системы конденсатов от баллистического к обратному режиму, при котором захваченные в ловушку поляритоны конденсировались в потенциальных минимумах в решетке. При промежуточных значениях периода решетки искусственно созданная система не могла «определиться» между локализацией и делокализацией поляритонных волн, а сконденсировавшиеся поляритоны распадались на состояния с разным уровнем энергии. Такой переход в поляритонных решетках никогда ранее не наблюдался.

Затем ученые продемонстрировали возможность получения необычного для физики твердого тела явления — полностью бездисперсионных состояний квазичастиц, или плоских зон, в которых с формальной стороны поляритоны обладают фактически бесконечной массой.

В числе соавторов опубликованного исследования — молодые исследователи из лаборатории гибридной фотоники Сколтеха под руководством профессора Павлоса Лагудакиса, который так прокомментировал полученные результаты: «Наша лаборатория накопила большой опыт исследования оптических решеток с конденсатами поляритонов. Данное исследование — еще один шаг в этом направлении. Полученные результаты представляют большой интерес для широкого сообщества ученых, занимающихся проблемами нелинейной оптики, физики конденсированного состояния, холодных атомов и поляритоники.

Нам впервые удалось продемонстрировать существование нетривиальных фаз материи и способов создания так называемых плоских зон в оптически генерируемых поляритонных решетках. Ранее такие состояния с плоскими зонами в поляритонных системах наблюдались только в структурах, создаваемых методами литографии».
Первый автор статьи, экспериментатор, сотрудник Сколтеха кандидат физико-математических наук Сергей Аляткин и его коллега, физик-теоретик доктор Хелги Сигурдссон из Саутгемптонского университета добавляют: «Наша работа — наглядная демонстрация достижений в области оптического контроля над системой и широких возможностей поляритоники.

Чем больше мы изучаем поляритоны в решетках в микрорезонаторах, тем более интересные эффекты мы наблюдаем. Наши последние результаты открывают новые возможности для исследования неизученной области — физики нестационарных систем с гибридными квазичастицами, и мы не намерены ограничиваться в нашей работе конкретным типом исследуемой системы».

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.
18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

Позавчера, 11:56
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

11 часов назад
Илья Ведмеденко

Российское МВД вооружилось новейшим компактным пистолетом Лебедева. Он должен заменить морально устаревший ПМ, разработанный конструктором Николаем Макаровым еще в 1948 году.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 11:56
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

2 недели назад
-
0
+
Когда мы науимся мусор перерабатывать, а не просто сортировать для виду?.. Кому нужны все эти разработки если все вокруг мрази и свиньи?
2 недели назад
-
0
+
Где всё либерасьён которое должно написаить "бабульки от голода умирають, а они вон на науку деньги тратять"...
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: