¿Por qué interactúan los excitones-polaritones bidimensionales? La cuasipartícula excitón-polaritón es parte de luz (fotón), y parte de materia (excitón). Su parte excitónica (materia) les confiere la capacidad de interactuar con otras partículas, una propiedad que carece de fotones desnudos.

En teoria, cuando se limita a solo dos dimensiones, lento, los excitones enfriados deben cesar cualquier interacción entre ellos. Sin embargo, en la práctica, este comportamiento no se observa con excitones-polaritones. En un nuevo estudio, Los investigadores de FLEET de la Universidad de Monash descubrieron que la respuesta se encuentra en las características "parecidas a la luz" de estas cuasipartículas. Esto tiene aplicaciones potenciales en el uso de polaritones en semiconductores atómicamente delgados, como la electrónica de energía ultrabaja.

Interacciones mejoradas a través de un fuerte acoplamiento de materia ligera

"Buscamos respuestas a una pregunta fundamental sobre los excitones-polaritones que no se había hecho anteriormente, "explica el autor principal, el Dr. Olivier Bleu." Si los polaritones viven en dos dimensiones, ¿Por qué la desaparición de sus interacciones a velocidades lentas no ocurre en los experimentos? como predice la teoría de la dispersión cuántica? "

El equipo demostró que el fuerte acoplamiento entre excitones y fotones, junto con la enorme relación de masa excitón-fotón, modifica el comportamiento de dispersión esperado para excitones bidimensionales "desnudos" e implica que las interacciones de polaritón permanecen finitas.

"Más precisamente, Demostramos que el régimen donde las interacciones deberían desaparecer no es observable ya que requeriría una muestra mucho más grande que el universo conocido, "explica el coautor, el Dr. Jesper Levinsen.

Los resultados muestran que los polaritones interactúan más que los excitones, que contrasta con la suposición común sobre estas cuasipartículas clave. "Este trabajo arroja nueva luz sobre las interacciones entre cuasipartículas híbridas de materia ligera, y nos permitirá profundizar nuestra comprensión de estos sistemas, "dice el autor correspondiente, A / Prof Meera Parish.

Cuasipartículas que son a la vez luz y materia

Los excitones-polaritones se forman cuando los excitones (pares de electrones y huecos) están fuertemente acoplados con la luz (fotones) atrapada en una cavidad óptica. Esta "personalidad dividida" confiere propiedades únicas al excitón-polaritón, tomando algunas de las características de la luz y algunas de las características de la materia.

Su capacidad para interactuar está en el corazón de una variedad de fenómenos fascinantes observables en experimentos y que aún no se comprenden por completo. incluida la condensación de polariton Bose-Einstein, superfluidez y efectos ópticos cuánticos.

"Interacciones de polaritón en microcavidades con capas semiconductoras atómicamente delgadas" se publicó en Investigación de revisión física en noviembre de 2020.

El estudio se llevó a cabo en el grupo del Dr. Jesper Levinsen y A / Prof Meera Parish en la Universidad de Monash, que investiga el comportamiento de grandes grupos de partículas cuánticas en interacción que exhiben un comportamiento exótico, como superfluidez, en el que fluyen sin encontrar resistencia.

Este trabajo amplía el conocimiento fundamental de la física cuántica en sistemas que van desde gases atómicos fríos hasta semiconductores de estado sólido, y tiene el potencial de sustentar una nueva generación de resistencia casi nula, dispositivos electrónicos de energía ultrabaja.