Uma equipe de pesquisa internacional produziu um análogo de uma rede de cristal de corpo sólido de polaritons, quasipartículas híbridas fóton-elétron. Na rede polariton resultante, a energia de certas partículas não depende de sua velocidade. Ao mesmo tempo, a geometria da rede, concentração de partículas e propriedades de polarização ainda podem ser modificadas. Isso abre novas perspectivas para o estudo dos efeitos quânticos e o uso da computação óptica. Os resultados do estudo foram publicados em Cartas de revisão física .

Um corpo sólido é formado em torno de uma rede cristalina formada por núcleos atômicos. A geometria da rede pode influenciar a relação entre a energia e a velocidade de uma partícula. As malhas são divididas em vários tipos de acordo com suas propriedades geométricas. Alguns deles, como a rede Lieb, têm as chamadas bandas planas:um estado no qual as partículas não mostram nenhuma relação energia-velocidade. Do ponto de vista formal, partículas em bandas planas têm massa efetiva infinita.

Faixas planas são de grande interesse para a ciência fundamental. Eles são usados ​​para estudar supercondutores, ferromagnetos e outras fases quânticas em elétrons. Contudo, fases quânticas também podem ser observadas em partículas elementares de luz - fótons. Isso requer a criação de um chamado cristal fotônico com geometria ajustável, um análogo fotônico artificial de um corpo sólido. Essas condições permitem que os cientistas observem e gerenciem várias propriedades quânticas das partículas com muito mais facilidade.

Físicos da ITMO University e University of Sheffield criaram um análogo fotônico de uma rede de Lieb e confirmaram que os efeitos quânticos em uma estrutura fotônica são realmente mais fortes. "Estritamente falando, estávamos lidando com polaritons em vez de fótons, "explica Dmitry Kryzhanovsky, pesquisador sênior da ITMO University e professor da University of Sheffield. "Esta condição híbrida ocorre quando os elétrons excitados se misturam com os fótons. Essas partículas híbridas interagem entre si, muito parecido com o que os elétrons fazem em um corpo sólido. Usamos polaritons para criar uma rede de cristal e estudamos suas novas propriedades. Agora sabemos como os polaritons se condensam em bandas planas, como sua interação quebra a simetria da radiação e como suas propriedades de spin ou polarização mudam. "

Uma vez que os polaritons mantêm sua rotação de rotação continuamente, os cientistas agora são capazes de observar a polarização por um longo tempo. Além disso, o fácil controle sobre a concentração de polariton na rede fornece mais opções para o gerenciamento preciso do sistema.

"De um ponto de vista fundamental, Os cristais de polariton são interessantes porque fornecem uma grande variedade de fases quânticas e efeitos que não podemos estudar em cristais padrão, "diz Ivan Shelykh, chefe do Laboratório Internacional de Fotoprocessos em Sistemas Mesoscópicos na ITMO University. "A polarização pode servir como um elemento de armazenamento de informações. Todos os cálculos são baseados em um sistema binário. Deve haver 0 e 1, então, para implementar a computação óptica, precisamos de dois estados correspondentes. Polarização, direita e esquerda, com uma série de combinações intermediárias, é um candidato ideal para processamento de informações em nível quântico. "

Uma grande contribuição para a criação e estudo das redes de cristal polariton foi feita por funcionários da Universidade de Sheffield. Professor Maurice Skolnick de Sheffield lidera um projeto megagrant em estados híbridos de luz junto com Ivan Shelykh. "Todos os experimentos foram realizados em Sheffield, enquanto a modelagem teórica e a análise dos resultados foram feitas na ITMO University, "diz Shelykh." Considero este trabalho um bom exemplo de como a ciência deveria ser. Os resultados de um experimento são incompreensíveis quando publicados sem qualquer interpretação. De forma similar, a teoria bruta que usa parâmetros irrealistas é difícil de aplicar na prática. Mas aqui combinamos teoria com experimento - e planejamos continuar fazendo isso dessa forma. Nosso próximo objetivo é obter e investigar as condições de contorno topológicas de tal rede. "