Kvantekohærensen af et polaritonkondensat er blevet set at oscillere, når kondensatet henfalder. Opdagelsen blev gjort af forskere i Rusland, Storbritannien og Island, som blev ledet af Alexis Askitopoulos ved Skolkovo Institute of Science and Technology. Oscillationerne er magnetiske af natur, og holdet foreslår, at fænomenet kan bruges til at udvikle nye instrumenter til måling af magnetiske felter.
En exciton-polariton (ofte omtalt som en polariton) er en kvasipartikel, der forekommer i halvledere. Det omfatter en foton af lys, der er koblet til en exciton, som selv omfatter en elektron og et hul. Polaritoner kan produceres ved at sende en lysimpuls ind i et halvlederbaseret mikrohulrum.
Polaritoner er bosoner. Det betyder, at et tæt ensemble af kvasipartiklerne kan danne et Bose-Einstein-kondensat, hvor et stort antal af polaritonerne er i samme kvantetilstand. Et sådant kondensat har makroskopiske egenskaber, der er defineret af dets kvantenatur. Disse egenskaber kan bestemmes ved at studere de fotoner, der udsendes af kondensatet, når det henfalder.
Aftagende sammenhæng
I nyere forskning har Askitopoulos' hold forberedt et polaritonkondensat ved at affyre en 20 µs lang lysimpuls ind i et mikrohulrum. De så derefter, hvordan kondensatet henfaldt over tid, og målte en sammenhængsfunktion, der er relateret til kondensatets overordnede kvantenatur.
Polaritonisk kondensat afslører universel lov i et system uden for ligevægt
I stedet for at henfalde jævnt, som det ses i andre kondensater, fandt de ud af, at kohærensfunktionen periodisk steg og faldt, efterhånden som den faldt, med en bemærkelsesværdig ensartet frekvens. Ved at undersøge disse oscillationer identificerede de Larmor-præcession som en sandsynlig årsag til denne adfærd. Dette involverer rotation af kondensatets magnetiske momenter omkring et magnetfelt, som er skabt af polariton-interaktioner.
I alt observerede Askitopoulos og kolleger omkring 100,000 fulde præcessioner inden for en enkelt optisk puls. De fandt, at både henfaldshastigheden og frekvensen af Larmor-præcession var direkte påvirket af tætheden af polaritoner i kondensatet. Ved periodisk at øge systemets sammenhæng, varede denne præcession millioner af gange længere end levetiden for en individuel polariton.
Askitopoulos' team foreslår, at denne præcession kunne kontrolleres ved hjælp af optiske metoder, hvilket kunne føre til bedre teknikker til at studere polaritonkondensater. En mulig anvendelse af opdagelsen er udviklingen af nye typer magnetometre. Disse er enheder, der måler styrken, retningen og den relative ændring af et lokalt magnetfelt.
Forskningen er beskrevet i Physical Review Letters.
