|
Гибридные экситон-поляритонные частицы удивляют
|
|
|
|
Неожиданное наблюдение отрицательной массы у экситон-поляритонов добавило еще одно измерение странности этим странным гибридным частицам света и материи. Д-р Маттиас Вурдак, д-р Тинге Юн и д-р Элиезер Эстреко из Департамента квантовых наук и технологий (QST) экспериментировали с экситонными поляритонами, когда поняли, что при определенных условиях дисперсия становится инвертированной, что соответствует отрицательной массе. Чтобы добавить к удивлению, неожиданной причиной оказались убытки. «Мы этого не ожидали — дисперсия следовала очень нетрадиционному поведению», — сказал доктор Вурдак, член FLEET, а также QST. Экситон образуется из пары электрона и дырки в полупроводниковом кристалле. Если эта пара затем сильно соединяется с фотоном, может образоваться гибридная частица, известная как экситон-поляритон. Экситон-поляритоны были впервые обнаружены более 30 лет назад, и было показано, что они обладают замечательными свойствами, включая сверхтекучесть и образование конденсатов Бозе-Эйнштейна. По всему миру несколько исследовательских групп изучают нелогичное поведение этих странных частиц в надежде, что они могут стать основой будущих низкоэнергетических технологий. Наблюдение за отрицательной массой заставило ученых из группы профессора Елены Островской вернуться к доске, чтобы попытаться выяснить, что могло вызвать такой эффект.
|
|
|
Простота эксперимента, монослой дисульфида вольфрама, интегрированный в микрорезонатор, означала, что его можно было аппроксимировать с помощью простой модели связанных осцилляторов, и поэтому оставляло мало возможностей для неожиданных эффектов. Команда вскоре поняла, что воображаемая константа связи, называемая диссипативной связью, в их расчетах повторяла их наблюдения. Однако они изо всех сил пытались понять математическую модель, пока не рассмотрели другие поля, такие как микроволновые полости, и не поняли, что воображаемая константа связи может равняться потерям в системе свет-материя. Чтобы подтвердить эту интерпретацию, команда обратилась к экспертам по численному моделированию физики в двумерных системах во главе с профессором Андреасом Кнорром из Технического университета Берлина в Германии. Мануэль Катцер и доктор Мальте Селиг из его команды смогли подтвердить, что отрицательная масса может возникать из-за потерь, в частности из-за взаимодействия между экситон-поляритонами и фононами в атомарно-тонком полупроводнике. Расчеты также показали, что по мере отключения экситон-фононных взаимодействий масса менялась с положительной на отрицательную, поведение, которое воспроизводили последующие эксперименты в ANU. Результаты теперь опубликованы в Nature Communications.
|
|
|
|
Доктор Вурдак сравнил поведение экситон-поляритонов с поведением лодок на озере. «Фононы в активном материале подобны волнам на озере, которые могут влиять на движение лодок — перенаправлять их, заставляя их раскачиваться и опрокидываться. Это снижает их кинетическую энергию, что в целом приводит к потерям импульса, энергии и чисел заполнения", он сказал. По словам доктора Эстречо, также из FLEET, в поисках низкоэнергетических технологий ученые идут на многое, чтобы уменьшить или устранить потери. «Обычно мы не хотим потерь, но здесь потери дали нам что-то новое», — сказал он. «Это позволило нам ввести отрицательную массу в сильно связанную систему». По словам доктора Вурдака, это открытие является еще одной гранью нелогичного поведения экситон-поляритонов. «Это поведение может быть использовано для инженерии дисперсии, потенциально для исследования новой физики и создания устройств, о которых пока невозможно мечтать. Я не могу предсказать масштабы будущих приложений, используя этот вид инженерии дисперсии, но я надеюсь, что это будет изучено в будущем. научно-исследовательской деятельности", - сказал он.
|
|
|
|
Источник
|
