Un equipo de investigación internacional produjo un análogo de una red cristalina de cuerpo sólido a partir de polaritones, cuasipartículas híbridas de fotones y electrones. En la red de polariton resultante, la energía de ciertas partículas no depende de su velocidad. Al mismo tiempo, la geometría de la celosía, Las propiedades de concentración y polarización de partículas aún pueden modificarse. Esto abre nuevas perspectivas para el estudio de los efectos cuánticos y el uso de la computación óptica. Los resultados del estudio se publicaron en Cartas de revisión física .

Un cuerpo sólido se forma alrededor de una red cristalina formada por núcleos atómicos. La geometría de celosía puede influir en la relación entre la energía y la velocidad de una partícula. Las celosías se dividen en varios tipos según sus propiedades geométricas. Algunos, como la celosía de Lieb, tienen las llamadas bandas planas:un estado en el que las partículas no muestran ninguna relación energía-velocidad en absoluto. Desde un punto de vista formal, las partículas en bandas planas tienen una masa efectiva infinita.

Las bandas planas son de gran interés para la ciencia fundamental. Se utilizan para estudiar superconductores, ferromagnetos y otras fases cuánticas en electrones. Sin embargo, Las fases cuánticas también se pueden observar en partículas elementales ligeras:fotones. Esto requiere la creación de un cristal fotónico con geometría ajustable, un análogo fotónico artificial de un cuerpo sólido. Estas condiciones permiten a los científicos observar y gestionar varias propiedades cuánticas de las partículas con mucha más facilidad.

Físicos de la Universidad ITMO y la Universidad de Sheffield han creado un análogo fotónico de una red de Lieb y han confirmado que los efectos cuánticos en una estructura fotónica son de hecho más fuertes. "Estrictamente hablando, estábamos tratando con polaritones en lugar de fotones, "explica Dmitry Kryzhanovsky, investigador senior de la Universidad ITMO y profesor de la Universidad de Sheffield. "Esta condición híbrida ocurre cuando los electrones excitados se mezclan con los fotones. Estas partículas híbridas interactúan entre sí, al igual que los electrones en un cuerpo sólido. Usamos polaritones para crear una red cristalina y estudiamos sus nuevas propiedades. Ahora sabemos cómo los polaritones se condensan en bandas planas, cómo su interacción rompe la simetría de la radiación y cómo cambian sus propiedades de giro o polarización ".

Dado que los polaritones mantienen su rotación de espín continuamente, Los científicos ahora pueden observar la polarización durante mucho tiempo. Es más, El fácil control de la concentración de polaritones en la red proporciona más opciones para una gestión precisa del sistema.

"Desde un punto de vista fundamental, Los cristales de polaritón son interesantes porque proporcionan una gran variedad de fases cuánticas y efectos que no podemos estudiar en cristales estándar. "dice Ivan Shelykh, jefe del Laboratorio Internacional de Fotoprocesos en Sistemas Mesoscópicos de la Universidad ITMO. "La polarización puede servir como un elemento de almacenamiento de información. Todos los cálculos se basan en un sistema binario. Debe haber 0 y 1, así que para implementar la computación óptica necesitamos dos estados correspondientes. Polarización, derecha e izquierda, con una serie de combinaciones intermedias, es un candidato ideal para el procesamiento de información a nivel cuántico ".

El personal de la Universidad de Sheffield hizo una gran contribución a la creación y el estudio de las redes cristalinas de polariton. El profesor Maurice Skolnick de Sheffield dirige un proyecto de megagrant sobre estados híbridos de luz junto con Ivan Shelykh. "Todos los experimentos se llevaron a cabo en Sheffield, mientras que el modelado teórico y el análisis de los resultados se realizaron en la Universidad ITMO, ", dice Shelykh." Considero que este trabajo es un buen ejemplo de cómo debería ser la ciencia. Los resultados de un experimento son incomprensibles cuando se publican sin ninguna interpretación. Similar, La teoría en bruto que utiliza parámetros poco realistas es difícil de aplicar en la práctica. Pero aquí combinamos la teoría con el experimento, y planeamos seguir haciéndolo de esta manera. Nuestro próximo objetivo es obtener e investigar las condiciones de los límites topológicos de dicha red ".