Un grupo internacional de físicos logró por primera vez observar experimentalmente la transición entre dos estados de la materia, propagando polariton-solitones y un condensado de Bose-Einstein. Es más, Los físicos desarrollaron un modelo teórico para explicar tales transiciones y encontraron una manera de cambiar entre los estados cambiando la potencia de bombeo del láser en el proceso de formación del polaritón. Los resultados se publican en Cartas de revisión física .

Los sistemas no lineales se estudian ampliamente en una amplia gama de sistemas físicos, especialmente en fotónica. En tales sistemas, las interacciones entre partículas conducen a una amplia gama de efectos novedosos, como transiciones no lineales entre diferentes estados básicos de la materia, incluidos los polaritones, solitones y condensados ​​de Bose-Einstein.

"Los polaritones son cuasipartículas formadas debido a la hibridación entre la materia y la luz. Una vez que se les suministra energía y densidades adicionales, forman excitaciones colectivas, solitones. Un solitón tiene la capacidad de propagarse en el espacio, conservando su forma. En otras palabras, a pesar de ser un estado colectivo que consta de muchas partículas, un solitón se comporta como una sola partícula. Al mismo tiempo, un condensado de Bose-Einstein es un estado cuántico de la materia donde todas las partículas, en nuestro caso polaritones, poblar el estado fundamental del sistema con un mínimo de energía. Generalmente, el estado fundamental se extiende por toda el área del sistema en estudio. El solitón y el condensado de Bose-Einstein son dos regímenes muy diferentes, y logramos observar la transición entre ellos, "explica Ivan Shelykh, jefe del Laboratorio Internacional de Fotoprocesos en Sistemas Mesoscópicos de la Universidad ITMO de San Petersburgo.

El grupo compuesto por el profesor Maurice Skolnick, El Dr. Dmitry Krizhanovskii y el Dr. Maksym Sich de la Universidad de Sheffield obtuvieron los datos experimentales, mientras que el grupo teórico dirigido por Ivan Shelykh desarrolló un modelo teórico para la descripción cuantitativa del experimento. "Primero tuvimos que crear polaritones, ", dice Maurice Skolnick." Esto requirió la fabricación de estructuras semiconductoras iniciales con características definidas con precisión. A continuación, iluminamos la estructura con un láser a temperaturas tan bajas como 4 grados Kelvin, creó polaritones y detectó la luz que emiten ".

Los investigadores observaron que un aumento en la potencia de bombeo del láser desencadenaba efectos no lineales en el sistema. "Aumentando la potencia del láser, creamos cada vez más partículas, que comienzan a interactuar entre sí. Por lo tanto, todo el sistema entra en un régimen no lineal. Los polaritones separados forman solitones, que luego se transfieren a un condensado de Bose-Einstein. Aunque estaba claro que habíamos obtenido algunos resultados interesantes, sin una buena teoría, nunca hubiéramos entendido lo que realmente querían decir, "Continúa Skolnick.

El modelo teórico que explica los datos experimentales fue desarrollado por el grupo de Ivan Shelykh. Este trabajo colaborativo se llevó a cabo con el apoyo de una Megagrant del Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia para el estudio de estados híbridos de luz. "La Megagrant nos dio la capacidad de iniciar una colaboración productiva con experimentadores líderes de Sheffield. Durante un año de nuestro trabajo colaborativo, publicamos dos artículos importantes, combinando experimentos con teoría, "Notas Shelykh.

Los planes de investigación adicionales incluyen la disminución del tamaño de los sistemas de transiciones no lineales a la escala de sublongitud de onda. Maurice Skolnick describió las perspectivas del estudio:"Ahora bien, este trabajo tiene una importancia fundamental ya que describimos una física completamente nueva. Sin embargo, una vez que hacemos dispositivos en miniatura, será posible utilizar transiciones no lineales entre diferentes estados de la materia para telecomunicaciones o, por ejemplo, para la creación de nuevos láseres ".