Pesquisadores da Skoltech e seus colegas do Reino Unido conseguiram criar um vórtice gigante estável em condensados ​​polariton em interação, abordando um desafio conhecido na dinâmica de fluidos quantizados. As descobertas abrem possibilidades na criação de fontes de luz coerentes com estrutura única e na exploração da física de muitos corpos sob condições extremas exclusivas. O artigo foi publicado na revista Nature Communications .

Na dinâmica dos fluidos, um vórtice é uma região onde um fluido gira em torno de um ponto (2D) ou uma linha (3D); você viu claramente um em sua pia ou pode ter sentido um na forma de turbulência durante o vôo. O mundo quântico também tem vórtices:o fluxo de um fluido quântico pode criar uma zona onde as partículas giram persistentemente em torno de algum ponto. A assinatura prototípica de tais vórtices quânticos é sua fase singular no centro do vórtice.

Os professores Skoltech Natalia Berloff e Pavlos Lagoudakis e colegas estudaram vórtices criados por polaritons - estranhas partículas quânticas híbridas que são meia-luz (fóton) e meia-matéria (elétrons) - formando um fluido quântico nas condições certas. Eles estavam procurando uma maneira de criar vórtices nesses fluidos polariton com altos valores de momento angular (ou seja, fazendo-os girar rapidamente). Esses vórtices, também conhecido como vórtices gigantes, são geralmente muito difíceis de obter, pois tendem a se fragmentar em muitos vórtices menores com baixo momento angular em outros sistemas.

A criação de vórtices gigantes estáveis ​​mostra que os sistemas quânticos sem equilíbrio (abertos), como condensados ​​de polariton, pode superar alguns limites severos de sua contraparte de equilíbrio termodinâmico, como condensados ​​de Bose-Einstein de átomos frios. O controle sobre a vorticidade de um fluido quântico pode abrir novas perspectivas na simulação analógica da gravidade ou da dinâmica do buraco negro no mundo microscópico. Além disso, o condensado polariton emite fótons continuamente que carregam todos os meandros do vórtice que podem se tornar importantes para o armazenamento óptico de dados, distribuição, e aplicativos de processamento.

Os pesquisadores têm trabalhado no uso de condensados ​​polariton interagentes como candidatos para simular um modelo vetorial planar conhecido como modelo XY. Eles perceberam que, quando vários condensados ​​eram organizados em um polígono regular com um número ímpar de vértices, o estado fundamental de todo o sistema poderia corresponder a uma corrente de partícula ao longo da borda do polígono. Partindo de um triângulo, Pentágono, heptágono, e assim por diante, os autores mostraram que a corrente girava cada vez mais rápido, formando um vórtice gigante de momento angular variável.

"A formação de estábulo no sentido horário, ou anti-horário, As correntes polariton ao longo do perímetro de nossos polígonos podem ser consideradas como resultado da frustração geométrica entre os condensados. Os condensados ​​interagem como osciladores que querem estar em antifase entre si. Mas um polígono ímpar não pode satisfazer esta relação de fase devido à sua simetria rotacional, e, portanto, os polaritons se contentam com a próxima melhor coisa que é uma corrente rotativa, "primeiro autor Tamsin Cookson diz.

"Esta é uma demonstração muito boa de como os polaritons podem fornecer uma caixa de areia muito flexível para sondar alguns dos fenômenos mais complexos da natureza. O que mostramos aqui é um sistema que compartilha muitas características com um buraco negro, que ainda está emitindo, um buraco branco, se você quiser. "O professor Lagoudakis acrescenta.