קוואזי-חלקיק חדש שהוא חלק מחומר, אור חלק הופיע בניסויים של חוקרים מ-City College של ניו יורק, ארה"ב, שצפו בו על ידי צימוד אור לערימה של אנטי-פרומגנטים דו-מימדיים דקים במיוחד. לעבודה עשויות להיות השלכות על מכשירים כמו לייזרים או על אחסון נתונים דיגיטליים.
צימוד אור חזק לחומר הוא דרך ידועה להנדסת תכונות כמו מגנטיות, מוליכות-על וחשמליות ברזל בחומרים קוונטיים. אחת הדרכים לעשות זאת היא על ידי יצירת אינטראקציות בין חלקיקים אלמנטריים ומיקרו-חללים אופטיים, שהם מבנים שבהם האור מוחזר הלוך ושוב בין שתי מראות או יותר.
צימוד חזק של פוטונים עם אקסיטונים בקורלציה של ספין
בעבודה החדשה, חוקרים בראשות וינוד מנון למד חומר עם הנוסחה הכימית NiPS3. חומר זה שייך למשפחה כימית הידועה בשם מתכת המעבר תיופפוספטים, ופיזיקאים של חומר מעובה מכירים אותו כמבודד מגנטי של ואן דר וואלס (vdW) - כלומר, חומר דו מימדי המכיל חלקיקים בעלי קורלציה חזק המביאים למגוון של פאזות אלקטרוניות ומגנטיות.
כאשר החוקרים הניחו ערימה של NiPS דק במיוחד3 שכבות בתוך חלל מיקרו אופטי, הם הבחינו בצימוד חזק בין אקסיטונים בקורלציה של ספין (קוואזי-חלקיקים עשויים מזוגות אלקטרונים-חורים) בחומר לבין פוטונים הכלואים בין מראות החלל. צימוד פוטון-אקסיטון זה הוליד סוג שלא נצפה בעבר של קוואזיטון המכונה אקציטון-קוטב שיש לו תכונות של אקציטונים, פוטונים וספינים.
חלק קל, חלק חומר
מכיוון שהקוואזי-חלקיקים החדשים הללו הם, למעשה, "אור חלקי", הם מתנהגים כמו פוטונים במובנים רבים, אומר פלוריאן דירנברגר, שהוא המחבר הראשי של מאמר ב טבע ננוטכנולוגיה בעבודה. "עם זאת, החלק החומרי שלהם נובע מחומר מגנטי, כך שתכונותיו קשורות מאוד לסדר האנטי-פרומגנטי של החומר", הוא מוסיף. "זה גורם לקיטוב ליניארי חזק."
אפקט ג'וזףסון חריג מופיע במבודד טופולוגי
לדברי החוקרים, גישה זו של התממשקות אור עם חומרים מגנטיים היא דרך מבטיחה לקראת אפקטים מגנטו-אופטיים יעילים שיכולים להיות להם יישומים בלייזרים ובאחסון נתונים דיגיטלי. יתרה מכך, המעמד החדש של קוואזי-חלקיקים מגנטיים יכול לשמש להתמרה קוונטית באמצעות אינטראקציות בין מגונים בתדר נמוך (תנודות קולקטיביות של מומנטים מגנטיים ספין של חומר), אקסיטונים בתדר גבוה ואור נראה.
חברי הצוות אומרים שהם מתכננים כעת להרחיב את המחקר שלהם בניסיון להבין טוב יותר את תפקידו של הוואקום הקוונטי האלקטרודינמי כאשר חומרים קוונטיים ממוקמים לתוך חללים אופטיים. הם מקווים לממש שלבים קוונטיים חדשים של חומר שאין להם מקביל במשטר הקלאסי (שיווי המשקל התרמודינמי).
