Zhe Fei señaló las líneas verticales brillantes y oscuras que atravesaban la pantalla de su computadora. Esta nanoimagen, él explicó, muestra las ondas asociadas con una media luz, cuasipartícula de media materia que se mueve dentro de un semiconductor.

"Son olas como olas de agua, "dijo Fei, profesor asistente de física y astronomía de la Universidad Estatal de Iowa y asociado del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. "Es como dejar caer una roca en la superficie del agua y ver ondas. Pero estas ondas son excitones-polaritones".

Los excitones-polaritones son una combinación de luz y materia. Como todas las cuasipartículas, se crean dentro de un sólido y tienen propiedades físicas como la energía y el impulso. En este estudio, se lanzaron al hacer brillar un láser en la punta afilada de un sistema de nano imágenes dirigido a una fina escama de diselenuro de molibdeno (MoSe2), un semiconductor en capas que soporta excitones.

Se pueden formar excitones cuando la luz es absorbida por un semiconductor. Cuando los excitones se acoplan fuertemente con los fotones, crean excitones-polaritones.

Es la primera vez que los investigadores han creado imágenes en el espacio real de excitones-polaritones. Fei dijo que los proyectos de investigación anteriores han utilizado estudios espectroscópicos para registrar excitones-polaritones como picos o caídas de resonancia en los espectros ópticos. Hasta hace poco la mayoría de los estudios solo han observado las cuasipartículas a temperaturas extremadamente frías, hasta alrededor de -450 grados Fahrenheit.

Pero Fei y su grupo de investigación trabajaron a temperatura ambiente con el microscopio óptico de campo cercano de escaneo en el laboratorio de su campus para tomar imágenes nanoópticas de las cuasipartículas.

"Somos los primeros en mostrar una imagen de estas cuasipartículas y cómo se propagan, interferir y emitir, "Dijo Fei.

Los investigadores, por ejemplo, midió una longitud de propagación de más de 12 micrones (12 millonésimas de metro) para los excitones-polaritones a temperatura ambiente.

Fei dijo que la creación de excitones-polaritones a temperatura ambiente y sus características de propagación son importantes para desarrollar aplicaciones futuras para las cuasipartículas. Algún día incluso podrían usarse para construir circuitos nanofotónicos para reemplazar los circuitos electrónicos para la transferencia de información o energía a nanoescala.

Fei dijo que los circuitos nanofotónicos con su gran ancho de banda podrían ser hasta 1 millón de veces más rápidos que los circuitos eléctricos actuales.

Un equipo de investigación dirigido por Fei informó recientemente sus hallazgos en la revista científica. Fotónica de la naturaleza . El primer autor del artículo es Fengrui Hu, un asociado de investigación postdoctoral del estado de Iowa en física y astronomía. Los coautores adicionales son Yilong Luan, un estudiante de doctorado en física y astronomía del estado de Iowa; Marie Scott, un estudiante recién graduado en la Universidad de Washington; Jiaqiang Yan y David Mandrus del Laboratorio Nacional Oak Ridge y la Universidad de Tennessee; y Xiaodong Xu de la Universidad de Washington.

El trabajo de los investigadores fue apoyado por fondos del Estado de Iowa y el Laboratorio Ames para lanzar el programa de investigación de Fei. El W.M. La Fundación Keck de Los Ángeles también apoyó parcialmente la creación de imágenes nanoópticas para el proyecto.

Los investigadores también aprendieron que al cambiar el grosor del semiconductor MoSe2, podrían manipular las propiedades de los excitones-polaritones.

Fei, quien ha estado estudiando cuasipartículas en grafeno y otros materiales 2-D desde sus días de posgrado en la Universidad de California en San Diego, dijo que su trabajo anterior abrió las puertas a los estudios de excitones-polaritones.

"Necesitamos explorar más la física de los excitones-polaritones y cómo se pueden manipular estas cuasipartículas, " él dijo.

Eso podría conducir a nuevos dispositivos como transistores de polariton, Dijo Fei. Y eso algún día podría conducir a avances en las tecnologías fotónicas y cuánticas.