Forbedrede interaktioner gennem stærk lys-stof-kobling

Hvorfor interagerer todimensionelle exciton-polaritoner? Exciton-polariton kvasipartikelen er dellys (foton), og en del stof (exciton). Deres excitoniske (stof) del giver dem evnen til at interagere med andre partikler, en egenskab, der mangler at blotte fotoner.

I teorien, når kun begrænset til to dimensioner, langsom, afkølede excitoner bør ophøre med enhver interaktion med hinanden. Men i praksis denne adfærd observeres ikke med exciton-polaritoner. I en ny undersøgelse, FLEET-forskere ved Monash University opdagede, at svaret ligger i disse kvasipartiklers "lyslignende" egenskaber. Dette har potentielle anvendelser ved brug af polaritoner i atomisk tynde halvledere, såsom ultra-lavenergielektronik.

Forbedrede interaktioner gennem stærk lys-stof-kobling

"Vi søgte svar på et grundlæggende spørgsmål om exciton-polaritoner, der ikke tidligere er stillet, " forklarer hovedforfatteren Dr. Olivier Bleu. "Hvis polaritoner lever i to dimensioner, hvorfor sker forsvinden af ​​deres interaktioner ved langsomme hastigheder ikke i eksperimenter, som forudsagt af kvantespredningsteori?"

Holdet demonstrerede, at den stærke kobling mellem excitoner og fotoner, sammen med det enorme exciton-foton masseforhold, modificerer den spredningsadfærd, der forventes for "nøgne" todimensionelle excitoner og antyder, at polariton-interaktioner forbliver endelige.

"Mere præcist, vi viste, at regimet, hvor interaktionerne skulle forsvinde, ikke kan observeres, da det ville kræve en prøve, der er meget større end det kendte univers, " forklarer medforfatter Dr. Jesper Levinsen.

Resultaterne viser, at polaritoner interagerer mere end excitoner, hvilket står i kontrast til den gængse antagelse om disse centrale kvasipartikler. "Dette arbejde kaster nyt lys over interaktionerne mellem hybride lys-stof kvasipartikler, og vil give os mulighed for at uddybe vores forståelse af disse systemer, " siger den tilsvarende forfatter A/Prof Meera Parish.

Kvasipartikler, der både er lys og stof

Exciton-polaritoner dannes, når excitoner (elektron-hul-par) er stærkt koblet med lys (fotoner) fanget i et optisk hulrum. Denne "splittede personlighed" giver exciton-polariton unikke egenskaber, tager nogle af lysets karakteristika og nogle af materiens karakteristika.

Deres evne til at interagere er kernen i en række fascinerende fænomener, der kan observeres i eksperimenter og stadig ikke helt forstås, inklusive polariton Bose-Einstein kondensering, superfluiditet og kvanteoptiske effekter.

"Polariton-interaktioner i mikrohulrum med atomisk tynde halvlederlag" blev offentliggjort i Physical Review Research i november 2020.

Undersøgelsen blev udført i Dr. Jesper Levinsen og A/Prof Meera Parishs gruppe ved Monash University, som undersøger adfærden af ​​store grupper af interagerende kvantepartikler, der udviser eksotisk adfærd, såsom superfluiditet, hvori de flyder uden at støde på modstand.

Dette arbejde udvider den grundlæggende viden om kvantefysik i systemer lige fra kolde atomare gasser til halvledere i fast tilstand, og har potentialet til at understøtte en ny generation af næsten-nul-modstand, ultra-lavenergi elektroniske enheder.