Gráfico de la dispersión de energía de los polaritones frente a la cantidad de movimiento en una microcavidad semiconductora, visto desde arriba (izquierda) y de lado (derecha). Ubicaciones de energía mínima, llamados valles, se muestran con cruces blancas. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Todo lo que experimentamos está hecho de luz y materia. Y la interacción entre los dos puede producir efectos fascinantes. Por ejemplo, puede resultar en la formación de cuasipartículas especiales, llamados polaritones, que son una combinación de luz y materia. Un equipo del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), modeló el comportamiento de polaritones en microcavidades, nanoestructuras hechas de un material semiconductor intercalado entre espejos especiales (espejos de Bragg). Publicado en Informes científicos , esta investigación aporta nuevas ideas al campo emergente de la Valleytronics.
Emergiendo del acoplamiento de luz (fotones) y materia (estado ligado de electrones y huecos conocidos como excitones), los polaritones tienen características de cada uno. Se forman cuando un haz de luz de cierta frecuencia rebota hacia adelante y hacia atrás dentro de las microcavidades, provocando la rápida interconversión entre la luz y la materia y dando como resultado polaritones con una vida útil corta. "Puedes imaginar estas cuasipartículas como ondas que haces en el agua, se mueven juntos armoniosamente, pero no duran mucho. La corta vida útil de los polaritones en este sistema se debe a las propiedades de los fotones, "explica el Sr. Meng Sun, primer autor del estudio.
Los investigadores están estudiando polaritones en microcavidades para comprender cómo se podrían explotar sus características para superar las tecnologías de semiconductores actuales. La optoelectrónica moderna decía:proceso, y almacenar información controlando el flujo de partículas, pero buscando nuevas alternativas más eficientes, otros parámetros, como se podrían considerar los llamados 'valles'. Los valles se pueden visualizar trazando la energía de los polaritones a su momento. Valleytronics tiene como objetivo controlar las propiedades de los valles en algunos materiales, como dicalcogenuros de metales de transición (TMDC), arseniuro de indio, galio y aluminio (InGaAlAs), y grafeno.
Modelo de valles con diferentes polarizaciones. El modelo usa vectores (flechas) y colores (de amarillo a azul) para mostrar polarizaciones opuestas en diferentes valles (cruces blancas). Las polarizaciones opuestas (dirección de la flecha) pueden ser, en principio, excitado selectivamente por un láser polarizado. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Ser capaz de manipular sus características conduciría a valles sintonizables con dos estados claramente diferentes, correspondiente, por ejemplo, a 1 bit y 0 bit, como estados on-off en informática y comunicaciones digitales. Una forma de distinguir valles con el mismo nivel de energía es obtener valles con diferente polarización, de modo que los electrones (o polaritones) ocuparían preferentemente un valle sobre los demás. Los científicos del IBS han generado un modelo teórico para la polarización de los valles que podría ser útil para los Valleytronics.
Aunque los polaritones están formados por el acoplamiento de fotones y excitones, el equipo de investigación modeló los dos componentes de forma independiente. "Modelar los perfiles de potencial de fotones y excitones por separado es la clave para encontrar dónde se superponen, y luego determinar las posiciones de energía mínima donde ocurren los valles, "señala Sun.
Una característica crucial de este sistema es que los polaritones pueden heredar algunas propiedades, como la polarización. Los valles con diferente polarización se forman espontáneamente cuando se tiene en cuenta la división de los modos electrónico y magnético transversal (es decir, perpendicular) del haz de luz (división TE-TM).
Dado que este modelo teórico predice que los valles con polarización opuesta se pueden distinguir y sintonizar, en principio, diferentes valles podrían ser excitados selectivamente por una luz láser polarizada, conduciendo a una posible aplicación en Valleytronics.
