Nowa kwazicząstka, która jest po części materią, a po części światłem, pojawiła się w eksperymentach przeprowadzonych przez naukowców z City College w Nowym Jorku w USA, którzy obserwowali ją poprzez sprzężenie światła ze stosem ultracienkich dwuwymiarowych antyferromagnesów. Prace mogą mieć wpływ na urządzenia takie jak lasery lub cyfrowe przechowywanie danych.
Silne sprzężenie światła z materią jest dobrze znanym sposobem inżynierii właściwości, takich jak magnetyzm, nadprzewodnictwo i ferroelektryczność w materiałach kwantowych. Jednym ze sposobów na to jest ustanowienie interakcji między cząstkami elementarnymi a mikrownękami optycznymi, które są strukturami, w których światło odbija się tam iz powrotem między dwoma lub więcej lustrami.
Silnie sprzężone fotony z ekscytonami skorelowanymi spinowo
W nowej pracy naukowcy pod kierunkiem Vinoda Menona badali materiał o wzorze chemicznym NiPS3. Materiał ten należy do rodziny chemicznej znanej jako tiofosforany metali przejściowych, a fizycy materii skondensowanej znają go jako izolator magnetyczny van der Waalsa (vdW) – czyli dwuwymiarowy materiał zawierający silnie skorelowane cząstki, które powodują różnorodne fazy elektronowej i magnetycznej.
Kiedy naukowcy umieścili stos ultracienkich NiPS3 warstw w optycznej mikrownęce, zaobserwowali silne sprzężenie między spinowo skorelowanymi ekscytonami (kwazicząstkami złożonymi z par elektron-dziura) w materiale i fotonami uwięzionymi między zwierciadłami wnęki. To sprzężenie foton-ekscyton doprowadziło do powstania wcześniej nieobserwowanego typu kwazicząstki znanej jako ekscyton-polaryton, która ma właściwości ekscytonów, fotonów i spinów.
Po części światło, po części materia
Ponieważ te nowe kwazicząstki są w efekcie „częściowym światłem”, pod wieloma względami zachowują się jak fotony, mówi. Floriana Dirnbergera, który jest głównym autorem pracy pt Natura Nanotechnologia w pracy. „Ich część materii pochodzi jednak z materiału magnetycznego, więc jego właściwości są silnie związane z antyferromagnetycznym porządkiem materiału” – dodaje. „To powoduje silną polaryzację liniową”.
Anomalny efekt Josephsona pojawia się w izolatorze topologicznym
Zdaniem naukowców takie podejście do łączenia światła z materiałami magnetycznymi jest obiecującą drogą do uzyskania wydajnych efektów magnetooptycznych, które mogą znaleźć zastosowanie w laserach i cyfrowym przechowywaniu danych. Co więcej, nowa klasa magnetycznych kwazicząstek może być wykorzystana do transdukcji kwantowej poprzez interakcje między magnonami o niskiej częstotliwości (zbiorcze oscylacje spinowych momentów magnetycznych materiału), ekscytonami o wysokiej częstotliwości i światłem widzialnym.
Członkowie zespołu twierdzą, że planują teraz rozszerzyć swoje badania, próbując lepiej zrozumieć rolę kwantowej próżni elektrodynamicznej, gdy materiały kwantowe są umieszczane we wnękach optycznych. Mają nadzieję zrealizować nowe kwantowe fazy materii, które nie mają odpowiednika w klasycznym (równowaga termodynamiczna) reżimie.
