Nov kvazidelec, ki je delno snov, delno svetloba, se je pojavil v poskusih raziskovalcev na City College of New York v ZDA, ki so ga opazovali tako, da so svetlobo povezali s kupom ultratankih dvodimenzionalnih antiferomagnetov. Delo bi lahko imelo posledice za naprave, kot so laserji, ali za shranjevanje digitalnih podatkov.
Močno povezovanje svetlobe s snovjo je dobro znan način inženiringa lastnosti, kot so magnetizem, superprevodnost in feroelektričnost v kvantnih materialih. Eden od načinov za to je vzpostavitev interakcij med osnovnimi delci in optičnimi mikrovotlinami, ki so strukture, v katerih se svetloba odbija naprej in nazaj med dvema ali več ogledali.
Močno spajanje fotonov s spinsko koreliranimi ekscitoni
V novem delu so raziskovalci pod vodstvom Vinod Menon preučevali material s kemijsko formulo NiPS3. Ta material spada v kemijsko družino, znano kot tiofosfati prehodnih kovin, fiziki kondenzirane snovi pa ga poznajo kot van der Waalsov (vdW) magnetni izolator – to je dvodimenzionalni material, ki vsebuje močno korelirane delce, ki povzročajo različne elektronskih in magnetnih faz.
Ko so raziskovalci postavili kup ultratankih NiPS3 plasti v optični mikrovotlini so opazili močno sklopitev med spinsko koreliranimi ekscitoni (kvazidelci iz parov elektron-luknja) v materialu in fotoni, ujetimi med zrcala votline. Ta sklopitev foton-eksciton je povzročila prej neopaženo vrsto kvazidelcev, znanih kot eksciton-polariton, ki ima lastnosti ekscitonov, fotonov in vrtljajev.
Delno svetloba, delno snov
Ker so ti novi kvazidelci dejansko "del svetlobe", se v mnogih pogledih obnašajo kot fotoni, pravi Florijan Dirnberger, ki je glavni avtor prispevka v Naravna nanotehnologija na delu. "Njihov snovni del pa izhaja iz magnetnega materiala, zato so njegove lastnosti močno povezane z antiferomagnetnim redom materiala," dodaja. "To povzroča močno linearno polarizacijo."
Anomalen Josephsonov učinek se pojavi v topološkem izolatorju
Po mnenju raziskovalcev je ta pristop povezovanja svetlobe z magnetnimi materiali obetavna pot do učinkovitih magnetno-optičnih učinkov, ki bi lahko imeli aplikacije v laserjih in digitalnem shranjevanju podatkov. Še več, novi razred magnetnih kvazidelcev bi lahko uporabili za kvantno transdukcijo z interakcijami med nizkofrekvenčnimi magnoni (kolektivna nihanja spinskih magnetnih momentov materiala), visokofrekvenčnimi ekscitoni in vidno svetlobo.
Člani ekipe pravijo, da zdaj nameravajo razširiti svojo študijo, da bi bolje razumeli vlogo kvantnega elektrodinamičnega vakuuma, ko so kvantni materiali postavljeni v optične votline. Upajo, da bodo uresničili nove kvantne faze snovi, ki nimajo protipostavke v klasičnem (termodinamičnem ravnotežnem) režimu.
