Uusi kvasihiukkanen, joka on osittain ainetta, osittain valoa, on syntynyt New Yorkin City Collegen tutkijoiden kokeissa. He havaitsivat sen kytkemällä valon pinoon erittäin ohuita kaksiulotteisia antiferromagneetteja. Työllä voi olla vaikutuksia laitteisiin, kuten lasereihin tai digitaaliseen tiedontallennustilaan.
Valon voimakas kytkeminen aineeseen on tunnettu tapa kehittää kvanttimateriaalien ominaisuuksia, kuten magnetismia, suprajohtavuutta ja ferrosähköisyyttä. Yksi tapa tehdä tämä on perustaa vuorovaikutusta alkuainehiukkasten ja optisten mikroonteloiden välille, jotka ovat rakenteita, joissa valo heijastuu edestakaisin kahden tai useamman peilin välillä.
Voimakkaasti kytkevät fotonit spin-korreloituihin eksitoneihin
Uudessa työssä tutkijat johtivat Vinod Menon tutki materiaalia, jonka kemiallinen kaava on NiPS3. Tämä materiaali kuuluu kemialliseen perheeseen, joka tunnetaan siirtymämetallitiofosfaateina, ja kondensoituneiden aineiden fyysikot tuntevat sen van der Waalsin (vdW) magneettisena eristeenä – eli kaksiulotteisena materiaalina, joka sisältää voimakkaasti korreloivia hiukkasia, jotka synnyttävät erilaisia elektronisista ja magneettisista vaiheista.
Kun tutkijat asettivat pinon erittäin ohutta NiPS:ää3 kerrokset optisessa mikroontelossa, he havaitsivat voimakkaan kytkennän materiaalissa olevien spin-korreloitujen eksitonien (elektroni-reikäpareista valmistettujen kvasihiukkasten) ja ontelon peilien väliin jääneiden fotonien välillä. Tämä fotoni-eksitonikytkentä sai aikaan aiemmin havaitsemattoman kvasipartikkelin tyypin, joka tunnetaan nimellä eksitoni-polariton ja jolla on eksitonien, fotonien ja spinien ominaisuuksia.
Osa valoa, osa materiaa
Koska nämä uudet kvasihiukkaset ovat itse asiassa "osavaloa", ne käyttäytyvät monessa suhteessa fotonien tavoin, sanoo Florian Dirnberger, joka on julkaisun johtava kirjoittaja Luonnon nanoteknologia työssä. "Niiden aineosa on kuitenkin peräisin magneettisesta materiaalista, joten sen ominaisuudet ovat vahvasti sidoksissa materiaalin antiferromagneettiseen järjestykseen", hän lisää. "Tämä aiheuttaa voimakasta lineaarista polarisaatiota."
Epänormaali Josephson-ilmiö esiintyy topologisessa eristeessä
Tutkijoiden mukaan tämä lähestymistapa valon liittämiseen magneettisten materiaalien kanssa on lupaava polku kohti tehokkaita magneto-optisia vaikutuksia, joita voidaan käyttää lasereissa ja digitaalisessa tiedontallennustilassa. Lisäksi uutta magneettisten kvasihiukkasten luokkaa voitaisiin käyttää kvanttitransduktioon matalataajuisten magnonien (materiaalin spin-magneettisten momenttien kollektiiviset värähtelyt), korkeataajuisten eksitonien ja näkyvän valon välisten vuorovaikutusten kautta.
Ryhmän jäsenet sanovat nyt aikovansa laajentaa tutkimustaan yrittääkseen ymmärtää paremmin kvanttielektrodynaamisen tyhjiön roolia, kun kvanttimateriaaleja sijoitetaan optisiin onteloihin. He toivovat toteuttavansa uusia aineen kvanttivaiheita, joilla ei ole vastinetta klassiseen (termodynaamiseen tasapainoon).
