Assinatura espectroscópica de dois pontos, estado correlacionado de muitos corpos. Esquerda:Na ausência de bombeamento. À direita:com bombeamento. Crédito:FLEET
Um estudo liderado pela Monash desenvolve uma nova abordagem para observar diretamente os correlatos, estados de muitos corpos em um sistema exciton-polariton que vão além das teorias clássicas.
O estudo expande o uso da teoria da impureza quântica, atualmente de interesse significativo para a comunidade da física do átomo frio, e irá desencadear futuros experimentos demonstrando correlações quânticas de muitos corpos de polaritons de microcavidade.
Explorando fluidos quânticos
"Exciton-polaritons fornecem um playground no qual se pode explorar fluidos quânticos à temperatura ambiente, e as novas propriedades dos sistemas de não equilíbrio de muitos corpos, "diz o autor do estudo A / Prof Meera Parish.
Contudo, apesar de sua natureza quântica intrínseca como superposições de matéria e luz, os resultados mais recentes podem ser descritos por meio da física não linear, ondas clássicas.
O novo estudo mostra como se pode sondar além das correlações quânticas de campo médio em um sistema polariton de muitos corpos por meio da física de impureza quântica, onde uma impureza móvel é revestida por excitações de um meio quântico-mecânico, formando assim uma nova quasipartícula polarônica que desafia uma descrição de campo médio.
"Observar além do comportamento correlacionado quântico de campo médio com polaritons é um marco importante em direção ao uso de polaritons para tecnologias quânticas, "explica o autor principal, Dr. Jesper Levinsen, que é ARC Future Fellow e colaborador da A / Prof Parish na Escola de Física e Astronomia da Monash University.
No nível de poucas partículas, recentemente houve progresso na obtenção de um bloqueio anti-agrupamento e polariton fraco em uma cavidade de fibra, onde o confinamento de fótons aumenta as não linearidades.
Transmissão bomba-sonda de incidência normal como uma função da dessintonia fóton-exciton e a energia da sonda reescalonada para aumentar as densidades da bomba. Crédito:FLEET
De forma similar, espectroscopia multidimensional complexa tem sido usada para estudar correlações quânticas. Contudo, experimentos que demonstram além do comportamento correlacionado quântico de campo médio no nível de muitos corpos ainda permanecem indefinidos.
O estudo fornece uma rota alternativa para explorar tais correlações, fazendo uso de métodos de espectroscopia de sonda de bomba, que já foram demonstrados por experimentos.
"Nossas descobertas correspondem aos resultados desses experimentos, mas mostram que os experimentos até agora perderam o regime onde as correlações quânticas multiponto podem ser vistas, "diz o Dr. Levinsen.
O estudo
"Assinaturas espectroscópicas de correlações quânticas de muitos corpos em microcavidades de polaritons" foi publicado em Cartas de revisão física em dezembro de 2019.
Além do apoio do Australian Research Council (Centros de Excelência e Futuro Fellowship), apoio financeiro foi fornecido pelo Ministério de Economia Competitividad (MINECO), o Conselho de Pesquisa de Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC) e a Fundação Simons, e o trabalho foi realizado no Aspen Center for Physics.
Parish e Levinsen são físicos teóricos que investigam e descrevem matematicamente o comportamento de grandes grupos de partículas quânticas em interação, como átomos ou elétrons, que pode exibir um comportamento exótico, como a superfluidez, onde fluem sem encontrar resistência.
A / Prof Parish é o principal pesquisador atual que estuda como esse comportamento coletivo complexo emerge das propriedades de pequenos grupos de partículas quânticas (um campo conhecido como física de poucos corpos).
Este trabalho expande nosso conhecimento fundamental da física quântica em sistemas que variam de gases atômicos frios a semicondutores de estado sólido, e tem o potencial de sustentar uma nova geração de resistência quase zero, dispositivos eletrônicos de ultra-baixa energia, procurado pela FLEET.
