Crédito:Nano Letras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01021 Ao usar uma combinação especial de feixes de laser como um agitador muito rápido, os físicos da RIKEN criaram vários vórtices em um sistema fotônico quântico e acompanharam sua evolução. Este sistema poderia ser usado para explorar novas físicas exóticas relacionadas ao surgimento de estados quânticos da matéria de vórtice. A pesquisa é publicada na revista Nano Letters .
Em princípio, se você nadasse em uma piscina cheia de superfluido, uma única braçada seria tudo o que você precisa para nadar um número infinito de voltas. Isso porque, diferentemente dos fluidos normais como a água, os superfluidos não têm resistência ao movimento abaixo de uma certa velocidade.
Os superfluidos também se comportam de maneira estranha quando agitados. “Se você mexer um balde de água, normalmente obterá apenas um grande vórtice”, explica Michael Fraser, do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente. "Mas quando você gira um superfluido, você inicialmente cria um vórtice. E quando você gira mais rápido, você obtém progressivamente mais e mais vórtices precisamente do mesmo tamanho."
Embora também seja vista em sistemas atômicos e de hélio líquido, uma forma de superfluidez é exibida por um sistema composto de entidades semelhantes a partículas conhecidas como polaritons, nas quais um fóton de luz se acopla fortemente a um elétron negativo ligado a um buraco positivo em um semicondutor. . Os pesquisadores querem “agitar” esses sistemas, mas isso é um desafio, pois requer o uso de frequências extremamente altas – milhões de vezes mais rápidas do que as necessárias para sistemas atômicos.
Agora, Fraser e colegas de trabalho usaram um feixe de laser especialmente criado para agitar incoerentemente esse condensado de polariton, criando conjuntos de vórtices.
“Esses condensados existem há mais de 15 anos e muita física interessante foi feita com eles”, diz Fraser. "Mas a rotação de um superfluido polariton, fazendo com que vários vórtices se acumulem e evoluam livremente, não havia sido alcançada antes."
A equipe criou seu agitador de feixe de laser especial combinando um feixe de laser regular com outro em formato de rosca. As frequências dos dois feixes estavam ligeiramente erradas e essa diferença de frequência correspondia à frequência necessária para girar os polaritons. Usando este feixe, os pesquisadores poderiam controlar sua velocidade e direção de rotação e criar vórtices à vontade. Eles até mostraram que quanto mais rápida a rotação, mais vórtices poderiam ser capturados perto do eixo de rotação.
Além disso, as medições experimentais obtidas concordaram bem com simulações baseadas na teoria.
"Nosso esquema de rotação permite, portanto, o estudo da dinâmica de vórtices autoordenados em uma plataforma dissipativa aberta - uma que perde e ganha partículas continuamente", explica Fraser. "Isto é especialmente excitante porque não só esperamos que exiba novos fenómenos de vórtice, mas também abre oportunidades para estudar fases topológicas e altamente quânticas da luz."
Mais informações: Yago del Valle-Inclan Redondo et al, Rotação acionada opticamente de condensados Exciton-Polariton, Nano Letras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01021 Informações do diário: Nanoletras
