È stato visto che la coerenza quantistica di un condensato di polaritoni oscilla mentre il condensato decade. La scoperta è stata fatta da ricercatori in Russia, Regno Unito e Islanda guidati da Alexis Askitopoulos presso l'Istituto di scienza e tecnologia di Skolkovo. Le oscillazioni sono di natura magnetica e il team suggerisce che il fenomeno potrebbe essere utilizzato per sviluppare nuovi strumenti per misurare i campi magnetici.
Un eccitone-polaritone (spesso indicato come polaritone) è una quasiparticella presente nei semiconduttori. Comprende un fotone di luce accoppiato a un eccitone, che a sua volta comprende un elettrone e una lacuna. I polaritoni possono essere prodotti inviando un impulso luminoso in una microcavità basata su semiconduttori.
I polaritoni sono bosoni. Ciò significa che un insieme denso di quasiparticelle può formare un condensato di Bose-Einstein, in cui un gran numero di polaritoni si trovano nello stesso stato quantistico. Un tale condensato ha proprietà macroscopiche definite dalla sua natura quantistica. Queste proprietà possono essere determinate studiando i fotoni emessi dal condensato durante il suo decadimento.
Coerenza in declino
In una ricerca recente, il team di Askitopoulos ha preparato un condensato di polaritoni sparando un impulso luminoso di 20 µs in una microcavità. Hanno poi osservato il decadimento del condensato nel tempo, misurando una funzione di coerenza correlata alla natura quantistica complessiva del condensato.
Il condensato polaritonico rivela la legge universale in un sistema fuori equilibrio
Invece di decadere dolcemente come osservato in altri condensati, hanno scoperto che la funzione di coerenza periodicamente aumentava e diminuiva mentre decadeva, con una frequenza notevolmente uniforme. Esaminando queste oscillazioni, hanno identificato la precessione di Larmor come probabile causa di questo comportamento. Ciò comporta la rotazione dei momenti magnetici del condensato attorno a un campo magnetico, creato dalle interazioni dei polaritoni.
In totale, Askitopoulos e colleghi hanno osservato circa 100,000 precessioni complete all’interno di un singolo impulso ottico. Hanno scoperto che sia la velocità di decadimento che la frequenza della precessione di Larmor erano direttamente influenzate dalla densità dei polaritoni all’interno del condensato. Aumentando periodicamente la coerenza del sistema, questa precessione persisteva milioni di volte più a lungo della durata di un singolo polaritone.
Il team di Askitopoulos suggerisce che questa precessione potrebbe essere controllata utilizzando metodi ottici, che potrebbero portare a tecniche migliori per studiare i condensati di polaritoni. Una possibile applicazione della scoperta è lo sviluppo di nuovi tipi di magnetometri. Si tratta di dispositivi che misurano la forza, la direzione e il cambiamento relativo di un campo magnetico locale.
La ricerca è descritta in Physical Review Letters.
