Por que interagem entre exciton-polaritons bidimensionais? A quasipartícula exciton-polariton é parte luz (fóton), e parte matéria (exciton). Sua parte excitônica (matéria) lhes confere a capacidade de interagir com outras partículas, uma propriedade que falta para revelar fótons.

Em teoria, quando confinado a apenas duas dimensões, devagar, excitons resfriados devem cessar qualquer interação um com o outro. Porém, na prática, este comportamento não é observado com exciton-polaritons. Em um novo estudo, Pesquisadores da FLEET na Monash University descobriram que a resposta está nas características "semelhantes à luz" dessas quasipartículas. Isso tem aplicações potenciais no uso de polaritons em semicondutores atomicamente finos, como eletrônicos de ultra-baixa energia.

Interações aprimoradas por meio de forte acoplamento de matéria leve

"Buscamos respostas para uma questão fundamental sobre exciton-polaritons não perguntada anteriormente, "explica o autor principal, Dr. Olivier Bleu." Se os polaritons vivem em duas dimensões, por que o desaparecimento de suas interações em velocidades lentas não está acontecendo nos experimentos, conforme previsto pela teoria de espalhamento quântico? "

A equipe demonstrou que o forte acoplamento entre excitons e fótons, junto com a enorme razão de massa de fóton-excíton, modifica o comportamento de espalhamento esperado para excitons bidimensionais "nus" e implica que as interações de polariton permanecem finitas.

"Mais precisamente, mostramos que o regime em que as interações deveriam desaparecer não é observável, pois exigiria uma amostra muito maior do que o universo conhecido, "explica o co-autor Dr. Jesper Levinsen.

Os resultados mostram que os polaritons interagem mais do que os excitons, que contrasta com a suposição comum sobre essas quasipartículas-chave. "Este trabalho lança uma nova luz sobre as interações entre quasipartículas híbridas de matéria leve, e nos permitirá aprofundar nossa compreensão desses sistemas, "diz o autor correspondente A / Prof Meera Parish.

Quasipartículas que são tanto luz quanto matéria

Os exciton-polaritons se formam quando os excitons (pares elétron-buraco) são fortemente acoplados à luz (fótons) presos em uma cavidade óptica. Esta "personalidade dividida" dá ao exciton-polariton propriedades únicas, tomando algumas das características da luz e algumas das características da matéria.

Sua capacidade de interagir está no cerne de uma variedade de fenômenos fascinantes observáveis ​​em experimentos e ainda não completamente compreendidos, incluindo condensação polariton Bose-Einstein, superfluidez e efeitos ópticos quânticos.

"Interações polariton em microcavidades com camadas semicondutoras atomicamente finas" foi publicado em Pesquisa de revisão física em novembro de 2020.

O estudo foi conduzido no grupo do Dr. Jesper Levinsen e A / Prof Meera Parish na Monash University, que investiga o comportamento de grandes grupos de partículas quânticas em interação que exibem comportamento exótico, como superfluidez, em que fluem sem encontrar resistência.

Este trabalho expande o conhecimento fundamental da física quântica em sistemas que vão desde 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.