Egy új kvázirészecske, amely részben anyag, részben fény jelent meg a New York-i City College kutatóinak kísérletei során, akik a fényt egy köteg ultravékony, kétdimenziós antiferromágneshez kapcsolva figyelték meg. A munka hatással lehet olyan eszközökre, mint a lézerek vagy a digitális adattárolás.
A fény erős anyaghoz kapcsolása a kvantumanyagok olyan mérnöki tulajdonságainak jól ismert módja, mint a mágnesesség, a szupravezetés és a ferroelektromosság. Ennek egyik módja az elemi részecskék és az optikai mikroüregek közötti kölcsönhatások létrehozása, amelyek olyan szerkezetek, amelyekben a fény oda-vissza verődik két vagy több tükör között.
Erősen összekapcsoló fotonok spin-korrelált excitonokkal
Az új munkában a kutatók vezetésével Vinod Menon NiPS kémiai képletű anyagot tanulmányozott3. Ez az anyag az átmenetifém-tiofoszfátok néven ismert kémiai családba tartozik, és a kondenzált anyag fizikusai van der Waals (vdW) mágneses szigetelőként ismerik – vagyis egy kétdimenziós anyag, amely erősen korrelált részecskéket tartalmaz, amelyek sokféleséget eredményeznek. elektronikus és mágneses fázisok.
Amikor a kutatók egy köteg ultravékony NiPS-t helyeztek el3 rétegeket egy optikai mikroüregben, erős kapcsolódást figyeltek meg az anyagban lévő spin-korrelált excitonok (elektron-lyuk párokból álló kvázirészecskék) és az üreg tükrei között megrekedt fotonok között. Ez a foton-exciton csatolás egy korábban nem megfigyelt kvázirészecske-típust eredményezett, amelyet exciton-polaritonnak neveznek, és amely excitonok, fotonok és spinek tulajdonságaival rendelkezik.
Részben fény, részben anyag
Mivel ezek az új kvázi részecskék valójában „részfények”, sok tekintetben fotonként viselkednek. Flórián Dirnberger, aki egy tanulmány vezető szerzője Természet Nanotechnológia a munkán. „Az anyagrészük azonban mágneses anyagból származik, így tulajdonságai erősen kötődnek az anyag antiferromágneses rendjéhez” – teszi hozzá. "Ez erős lineáris polarizációt eredményez."
Anomális Josephson-effektus jelenik meg egy topológiai szigetelőben
A kutatók szerint a fénynek a mágneses anyagokkal való összekapcsolásának ez a megközelítése ígéretes út a hatékony magneto-optikai hatások felé, amelyek lézerekben és digitális adattárolásban is alkalmazhatók. Sőt, a mágneses kvázirészecskék új osztálya felhasználható kvantumtranszdukcióra az alacsony frekvenciájú magnonok (egy anyag spin mágneses momentumainak kollektív oszcillációi), a nagyfrekvenciás excitonok és a látható fény közötti kölcsönhatások révén.
A csapat tagjai azt mondják, hogy most azt tervezik, hogy kiterjesztik tanulmányukat annak érdekében, hogy jobban megértsék a kvantumelektrodinamikai vákuum szerepét, amikor kvantumanyagokat helyeznek az optikai üregekbe. Azt remélik, hogy az anyag olyan új kvantumfázisait valósítják meg, amelyeknek nincs megfelelője a klasszikus (termodinamikai egyensúlyi) rezsimben.
