Группой ученых из Сколтеха и Саутгемптонского университета разработан оптический метод создания искусственных решеток. Его узлы содержат экситон-поляритоны, квазичастицы в полупроводниках, состоящие одновременно из света и материи. Обычно не встречающаяся в природе Решетка Либа позволила исследователям провести важные наблюдения в области физики конденсированных сред. Искусственные решетки квазичастиц, созданные с помощью лазерного излучения, могут быть использованы для разработки нового поколения устройств, таких как оптические калькуляторы, требующие точного контроля параметров системы.
Поляритоны, новое квантовое состояние, могут быть использованы для изучения уникальных гибридных систем материя-волна, а также других явлений в фотонных системах в микромасштабе. При определенных условиях поляритоны могут образовывать когерентные многочастичные состояния материи, похожие на конденсаты Бозе-Эйнштейна (реализуемые на ультрахолодных атомах).
В новом исследовании специалисты изучали поведение конденсатов в искусственных оптических решетках Либа, представляющих большой интерес для фундаментальной науки. Для этого был использован программируемый пространственный модулятор света для создания оптической решетки нужной геометрии и проецирования ее изображения на поверхность полупроводникового образца.
Выяснилось, что по мере уменьшения периода решетки происходит фазовый переход системы конденсата от баллистического к обратному режиму, при этом захваченные поляритоны конденсируются в потенциальных минимумах решетки. При промежуточных значениях периода решетки искусственно созданная система не могла “определиться” между локализацией и делокализацией поляритонных волн, и конденсированные поляритоны распадались на состояния с разными энергетическими уровнями. Такой переход в поляритонных решетках ранее никогда не наблюдался.
Кроме того, учеными продемонстрирована возможность получения необычного для физики твердого тела явления – полностью бездисперсионных квазичастичных состояний, или плоских зон, в которых с формальной стороны поляритоны имеют практически бесконечную массу.
Профессор Павлос Лагудакис рассказывает: “Наша лаборатория накопила большой опыт в изучении оптических решеток с поляритонными конденсатами. Данное исследование – еще один шаг в этом направлении. Результаты представляют большой интерес для широкого круга ученых, занимающихся проблемами нелинейной оптики, физики конденсированного состояния, холодных атомов и поляритоники. Впервые нам удалось продемонстрировать существование нетривиальных фаз вещества и способы создания так называемых плоских зон в оптически генерируемых поляритонных решетках. Ранее подобные состояния с плоскими зонами в поляритонных системах наблюдались только в структурах, созданных методами литографии”.
Специалисты также отмечают, что данное исследование демонстрирует широкие возможности поляритоники и что они намерены продолжить работу над изучением физики нестационарных систем с гибридными квазичастицами.
Работа ученых опубликована в журнале Nature Communications.
