Текст уведомления здесь

В Санкт-Петербурге поляритоны «построили» в решетку

Квазичастицы, собранные в аналог кристаллической решетки, способны дать мощный толчок оптической электронике.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Университета ИТМО и Университета Шеффилда (Великобритания) получили аналог кристаллической решетки твердого тела из поляритонов — гибридных квазичастиц, возникающих при взаимодействии фотонов с элементарными возбуждениями среды. При этом ученым удалось достичь состояния, когда энергия частицы не зависит от ее скорости. Геометрию вновь созданной поляритонной решетки, концентрацию частиц в ней и общие поляризационные свойства можно регулировать. Это позволит лучше понять ряд квантовых эффектов и продвинуться в разработке современной оптоэлектроники. Соответствующая статья опубликована в Physical Review Letters.

Большинство твердых тел состоит из упорядоченной и повторяющейся кристаллической решетки, образованной ядрами атомов. Геометрия этой решетки обычно способна влиять на зависимость энергии частицы от скорости. Однако есть и такая разновидность — решетка Либа, где связь между энергией и скоростью частицы пропадает. Происходит это из-за наличия в данной решетке дополнительных узлов, блокирующих распространение тех или иных частиц в определенном направлении.

Области, где находятся частицы, заблокированные в такой решетке, называются плоскими зонами. В них с формальной точки зрения частица имеет бесконечную эффективную массу, ведь скорость ее искусственно снижена геометрией решетки. Плоские зоны представляют большой интерес для фундаментальной науки. Они используются для изучения сверхпроводников и ферромагнетиков. Проще всего изучать их в искусственном фотонном аналоге твердого тела — фотонном кристалле, геометрию которого можно регулировать.

Петербургские физики в своей новой работе смогли создать фотонный аналог кристаллической решетки Либа и убедились, что квантовые эффекты в его фотонной структуре действительно выражены сильнее, чем в обычной. Дело в том, что в таком кристалле физики имеют дело не с фотонами, а с поляритонами, возникшими при «смешивании» возбужденного электрона с фотоном.

Поляритоны взаимодействуют друг с другом как электроны в твердом теле, а не как фотоны в обычном кристалле. В рамках работы удалось не просто получить пространственный аналог атомной кристаллической решетки из поляритонов, но и исследовать их свойства. В частности, удалось выяснить, как именно поляритоны конденсируются в плоских зонах, как их взаимодействие нарушает симметрию созданного кристалла и как изменяются спиновые или поляризационные свойства в этой структуре.

Выяснилось, что поляритоны позволяют долгое время экспериментально наблюдать вращение спина («кувыркания» оси вращения частиц) и легко контролировать концентрацию частиц в решетке, то есть обеспечивают больше возможностей для особо точного управления изучаемой системой. С их помощью можно получить больше разнообразных фаз и эффектов, не поддающихся изучению в стандартных решетках.

Однако работа имеет не только фундаментальное значение. На практике поляризация в такой поляритонной решетке может служить элементом хранения информации, а используя ее, можно вести обработку информации на квантовом уровне.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы