Um grupo internacional de físicos conseguiu pela primeira vez observar experimentalmente a transição entre dois estados da matéria, propagação de solitons de polaritons e um condensado de Bose-Einstein. Além disso, os físicos desenvolveram um modelo teórico para explicar essas transições e encontraram uma maneira de alternar entre os estados, alterando a potência de bombeamento do laser no processo de formação do polariton. Os resultados são publicados em Cartas de revisão física .
Os sistemas não lineares são amplamente estudados em uma ampla gama de sistemas físicos, notavelmente em fotônica. Em tais sistemas, as interações entre as partículas levam a uma ampla gama de novos efeitos, como transições não lineares entre diferentes estados básicos da matéria, incluindo polaritons, solitons e condensados de Bose-Einstein.
"Polaritons são quasipartículas formadas devido à hibridização entre matéria e luz. Uma vez que eles são fornecidos com energia e densidades adicionais, eles formam excitações coletivas, solitons. Um soliton tem a capacidade de se propagar no espaço, preservando sua forma. Em outras palavras, apesar de ser um estado coletivo que consiste em muitas partículas, um soliton se comporta como uma única partícula. Ao mesmo tempo, um condensado de Bose-Einstein é um estado quântico da matéria onde todas as partículas, no nosso caso, polaritons, preencher o estado fundamental do sistema com o mínimo de energia. Usualmente, o estado fundamental é estendido por toda a área do sistema em estudo. O soliton e o condensado de Bose-Einstein são dois regimes amplamente diferentes, e conseguimos observar a transição entre eles, "explica Ivan Shelykh, chefe do Laboratório Internacional de Fotoprocessos em Sistemas Mesoscópicos da Universidade ITMO em São Petersburgo.
O grupo composto pelo Professor Maurice Skolnick, O Dr. Dmitry Krizhanovskii e o Dr. Maksym Sich da Universidade de Sheffield obtiveram os dados experimentais, enquanto o grupo teórico liderado por Ivan Shelykh desenvolveu um modelo teórico para a descrição quantitativa do experimento. "Primeiro tivemos que criar polaritons, "diz Maurice Skolnick." Isso exigia a fabricação de estruturas semicondutoras iniciais com características definidas com precisão. Em seguida, projetamos um laser na estrutura em temperaturas tão baixas quanto 4 graus Kelvin, criou polaritons e detectou a luz que eles emitem. "
Os pesquisadores observaram que um aumento na potência de bombeamento do laser desencadeou efeitos não lineares no sistema. "Aumentando a potência do laser, nós criamos mais e mais partículas, que começam a interagir uns com os outros. Portanto, todo o sistema entra em um regime não linear. Polaritons separados formam solitons, que então se transferem para um condensado de Bose-Einstein. Embora tenha ficado claro que obtivemos alguns resultados interessantes, sem uma boa teoria, nunca teríamos entendido o que eles realmente significam, "Skolnick continua.
O modelo teórico que explica os dados experimentais foi desenvolvido pelo grupo de Ivan Shelykh. Este trabalho colaborativo foi realizado com o apoio de um Megagrant do Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa no estudo de estados de luz híbridos. "O Megagrant nos deu a capacidade de iniciar uma colaboração produtiva com os principais experimentadores de Sheffield. Durante um ano de nosso trabalho colaborativo, publicamos dois artigos importantes, combinando experimentos com teoria, "Notas Shelykh.
Outros planos de pesquisa incluem a redução do tamanho dos sistemas de transições não lineares para a escala de sub comprimento de onda. Maurice Skolnick descreveu as perspectivas do estudo:"Agora, este trabalho tem um significado fundamental, pois descrevemos uma física completamente nova. No entanto, uma vez que fazemos dispositivos em miniatura, será possível usar transições não lineares entre diferentes estados da matéria para telecomunicações ou, por exemplo, para a criação de novos lasers. "
