|
Темные экситоны проливают новый свет на материю
|
|
|
|
Команда исследователей из Monash впервые раскрыла все эффекты взаимодействия между экситон-поляритонами и связанным с ними темным экситонным резервуаром. Исследование, озаглавленное "Поляронно-поляритонные квазичастицы в темной экситонной среде", было опубликовано в Physical Review B. Экситон-поляритоны (сокращенно polaritons) - это гибридные смеси света и вещества, которые наследуют лучшие свойства обоих. Они образуются в полупроводниках, зажатых между двумя зеркалами, через которые просвечивается лазер. "Поляритоны улавливают полезные свойства как материи, так и света", - говорит ведущий автор Кеннет Чу. "Их "материальная" часть означает, что мы можем манипулировать ими посредством их взаимодействия. Между тем, "легкая" часть делает поляритон практически безмассовым, что приводит к образованию сверхтекучего конденсата, который течет без особых усилий. "Соедините их вместе, и получится новый вид "жидкого света", который мы можем направлять и контролировать, что потенциально может стать основой для следующего поколения вычислений, использующих свет для построения схем", - говорит Кеннет, кандидат философии в Monash.
|
|
|
|
Но в каждом ян есть инь, и так же обстоит дело с темным аналогом поляритона — темным экситоном. Эти темные экситоны не связаны со светом, но все же способны взаимодействовать с поляритонами. "Всякий раз, когда в экспериментах образуются поляритоны, они, как правило, сопровождаются значительным скоплением этих темных экситонов, которые образуются вместе с ними. Однако тот факт, что они темные, означает, что было трудно увидеть их истинный эффект", - говорит автор исследования, профессор Мира Пэриш. Исследователи Монаша использовали концепцию, известную как теория Ферми-жидкости, чтобы объяснить влияние темного резервуара на яркие поляритоны. Основная идея состоит в том, чтобы отобразить (множество, очень много) возможных взаимодействий на новой "квазичастице" — с массой, энергией и временем жизни, отличающимися от исходной. Это позволяет рассматривать многочастичную систему так, как если бы она была одной частицей.
|
|
|
Одной из таких квазичастиц является полярон, который можно рассматривать как "зону влияния" вокруг исходной частицы. Используя этот метод и учитывая все возможные двухчастичные взаимодействия, они обнаружили, что яркий поляритон "одевается" возбуждениями темной среды, образуя новую квазичастицу, называемую полярон-поляритоном. Физически это проявляется в уменьшении силы связи света с веществом по мере увеличения плотности темных экситонов - эффект, который обычно наблюдается в экспериментах. Напротив, сила взаимодействий между темным резервуаром и поляритонами увеличивается, особенно когда спины резервуара и поляритона различны. Этот эффект может быть настолько сильным, что образуется дополнительная квазичастица — биэкситон—поляритон, которая связана со связанным состоянием двух экситонов с противоположными спинами.
|
|
|
|
Это явление, известное как резонанс Фешбаха, впервые было обнаружено в ультрахолодных атомарных газах, и оно обещает возможность регулировать силу взаимодействия до любого желаемого значения. Тогда можно было бы создавать "холмы" и "впадины" резервуара, которые направляли бы поток поляритонного конденсата, а затем изменять их одним щелчком (лазерного) переключателя. Это исследование открывает новые возможности в области разработки коллекторов. Уже были достигнуты экспериментальные успехи в использовании этого темного резервуара для улавливания и фокусировки ярких поляритонов, и исследование показывает, как этот резервуар можно использовать для фундаментального изменения самих поляритонов. Кроме того, это исследование позволяет по—новому взглянуть на старые результаты - принимая во внимание неизвестное до сих пор влияние коллектора, можно получить более точное определение силы взаимодействия.
|
|
|
|
Источник
|
