Esboço do mecanismo usado por Tan et al. para aumentar a não linearidade óptica. Os fótons (bolas magentas) se acoplam fortemente aos excitons (bolas azuis) para formar quasipartículas de polariton. Quando os elétrons são injetados no material, eles são atraídos pelo polariton, criando um pico na densidade do elétron rodeado por um anel de densidade reduzida do elétron. O objeto composto formado pelo polariton e a redistribuição da densidade eletrônica é um polaron-polariton. A distribuição de densidade de elétrons resultante induz uma força repulsiva de longo alcance entre diferentes polaron-polaritons, que aumenta a não linearidade óptica. Crédito:APS / Alan Stonebraker
Uma equipe de pesquisadores do Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich, o Instituto Max Planck de Óptica Quântica e o Centro de Ciência e Tecnologia Quântica de Munique encontraram uma maneira de aumentar a não linearidade polaritônica. Em seu artigo publicado na revista Revisão Física X , o grupo descreve a construção de um mecanismo para criar polaron-polaritons, o que levou a um aumento na não linearidade polaritônica.
Enquanto os cientistas continuam sua busca para criar computadores quânticos verdadeiramente úteis, eles descobriram a necessidade de efeitos não lineares em plataformas ópticas de informação. Esses efeitos podem ser usados por fótons portadores de informações à medida que interagem para realizar tarefas como modificação de cor e indução de emaranhamento. Contudo, tais esforços falharam até agora devido a ineficiências. Neste novo esforço, os pesquisadores criaram um mecanismo que permite aumentar a não linearidade de um meio.
O trabalho envolveu a criação de um polariton pelo acoplamento de um fóton fortemente ligado a um exciton em uma base de disseleneto de molibdênio. Em seguida, os pesquisadores injetaram elétrons que foram atraídos pelos polaritons. Essa atração levou a uma densidade de elétrons com um pico próximo ao polariton e diminuiu em um arco circular ao redor dele. O resultado foi uma quase-partícula que combinou o polariton com os elétrons redistribuídos - um polaron-polariton. Eles notaram que os polaron-polaritons eram muito maiores do que um polariton, o que fez os polarons interagirem em distâncias maiores - e isso levou a um aumento de 50 vezes na não linearidade óptica.
Os pesquisadores testaram seu mecanismo observando o índice de refração da intensidade da luz e observando as mudanças nas amplificações de polaron-polariton. Eles também demonstraram que os polaron-polaritons poderiam ser amplificados usando emissões estimuladas. Eles reconhecem que os aumentos de não linearidade que alcançaram não são suficientes para uso em aplicações quânticas, mas observe que aumentos maiores podem ser vistos usando uma base com maior não linearidade inerente. Eles ainda sugerem que suas ideias podem levar a novos caminhos de pesquisa em algumas áreas, como aqueles que usam muitos fótons emaranhados que se comportam de maneiras que lembram um fluido quântico. Eles também observam que partes de seu trabalho também podem ser úteis na busca por provas de anyons.
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