ファンデルワールス磁石の中に半光半物質の準粒子が現れる

米国ニューヨーク市立大学の研究者による実験で、一部が物質で一部が光である新しい準粒子が出現し、極薄の二次元反強磁性体のスタックに光を結合することによってそれを観察しました。 この研究は、レーザーなどのデバイスやデジタル データ ストレージに影響を与える可能性があります。

光を物質に強く結合させることは、量子材料の磁性、超伝導、強誘電性などの特性を工学的に扱う方法としてよく知られています。 これを行うXNUMXつの方法は、素粒子と光マイクロキャビティ間の相互作用を設定することです。これは、光がXNUMXつ以上のミラー間で前後に反射される構造です。

光子とスピン相関励起子の強く結合

新作では、 ヴィノード・メノン 化学式NiPSの材料を研究₃. この物質は、遷移金属チオリン酸塩として知られる化学ファミリーに属し、物性物理学者はそれをファン デル ワールス (vdW) 磁気絶縁体、つまりさまざまな現象を引き起こす強い相関粒子を含む二次元物質として認識しています。電子相と磁気相の。

研究者が極薄NiPSのスタックを配置したとき₃ 光マイクロキャビティ内の層で、材料内のスピン相関励起子 (電子正孔ペアで構成される準粒子) とキャビティのミラー間にトラップされた光子との間の強い結合が観察されました。 この光子-励起子結合は、励起子、光子、およびスピンの特性を持つ励起子-ポラリトンとして知られる、これまで観測されていなかったタイプの準粒子を生み出しました。

一部の光、一部の問題

これらの新しい準粒子は事実上「部分的な光」であるため、多くの点で光子のように振る舞います。 フロリアン・ダーンバーガー、論文の筆頭著者である 自然ナノテクノロジー 仕事で。 「しかし、それらの物質部分は磁性材料に由来するため、その特性は材料の反強磁性秩序に強く結びついています」と彼は付け加えます。 「これにより、強い直線偏光が発生します。」

研究者によると、光を磁性材料と接続するこのアプローチは、レーザーやデジタルデータストレージに応用できる効率的な磁気光学効果への有望な道です。 さらに、新しいクラスの磁気準粒子は、低周波マグノン (物質のスピン磁気モーメントの集合振動)、高周波励起子、および可視光の間の相互作用による量子変換に使用できます。

チームのメンバーは、量子材料が光共振器に配置されたときの量子電気力学的真空の役割をよりよく理解するために、研究を拡張することを計画していると述べています。 彼らは、古典的な (熱力学的平衡) 体制に対応するものがない、物質の新しい量子相を実現することを望んでいます。