Una colaboración internacional, dirigida por científicos de la Universidad Macquarie, ha introducido una nueva técnica de óptica cuántica que puede proporcionar un acceso sin precedentes a las propiedades fundamentales de las interacciones luz-materia en los semiconductores.
La investigación, publicada el 15 de enero en la revista Nature Physics , utiliza una novedosa técnica espectroscópica para explorar las interacciones entre fotones y electrones a escala cuántica.
El profesor Thomas Volz, coautor del estudio y líder del grupo de investigación de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Macquarie, dice que el trabajo tiene el potencial de impulsar un gran avance en la búsqueda global de tecnologías fotónicas cuánticas accesibles.
"Hemos desarrollado una nueva técnica que utiliza la cascada cuántica radiativa, en la que los fotones almacenados en un material viajan por una escalera de niveles de energía generados cuando la luz y la materia interactúan", dice el profesor Volz.
"Esto se aplica incluso cuando las interacciones son tan débiles que los niveles de energía resultantes involucrados anteriormente eran demasiado cercanos para distinguirlos".
Esta capacidad de mirar más de cerca el reino cuántico tiene un potencial inmenso.
"Al comprender cómo colaboran estas diminutas partículas de luz, obtenemos información valiosa sobre las propiedades cuánticas de los materiales sólidos, como los semiconductores", afirma el profesor Volz.
La técnica del equipo, que denominaron "espectroscopia de correlación en cascada de fotones", combina filtrado espectral y análisis de correlación de fotones para revelar interacciones entre excitones-polaritones semiconductores, que son cuasipartículas formadas tanto por fotones (luz) como por materia (excitones). .
El coautor, el Dr. Lorenzo Scarpelli, ex becario postdoctoral en la Universidad Macquarie y ahora investigador postdoctoral en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, dice:"La espectroscopia de correlación en cascada de fotones funciona un poco como un microscopio para fotones.
"Creamos una imagen en el tiempo de los fotones, que nos dice si tienden a viajar juntos o no, y también nos permite extraer información sobre la fuerza de su interacción".
Dice que la nueva técnica del equipo les permitió detectar interacciones que involucraban estados unidos complejos de tres o más partículas, que anteriormente solo se habían teorizado.
Este hallazgo es importante en óptica cuántica porque permite a los científicos excitar y medir directamente transiciones específicas de un solo fotón, lo que les permite caracterizar efectos cuánticos sutiles de pocas partículas en sistemas de estado sólido e identificar materiales que podrían funcionar bien en nuevas aplicaciones. P>
"Existe una búsqueda mundial para encontrar materiales que nos permitan controlar cómo interactúan las partículas de luz, de modo que podamos construir transistores ópticos, interruptores ópticos muy rápidos y procesar información con partículas individuales de luz en lugar de con electrones", dice el profesor Volz. /P>
"El material que alberga nuestros experimentos es el arseniuro de galio, pero la técnica también se puede aplicar fácilmente a otros materiales, donde podemos esperar ver efectos físicos o comportamientos similares.
"Esta técnica nos permitirá obtener conocimientos valiosos sobre las propiedades cuánticas de los materiales sólidos."
Más información: Lorenzo Scarpelli et al, Sondeo de correlaciones de muchos cuerpos mediante espectroscopia de correlación en cascada cuántica, Física de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02322-x
Información de la revista: Física de la Naturaleza
Proporcionado por la Universidad Macquarie
