Los científicos de la Universidad de Rice son conocidos por sus investigaciones excepcionales, pero un nuevo artículo dirigido por el físico Junichiro Kono hace ese punto más literalmente.
El descubrimiento de puntos excepcionales en un material único creado por el laboratorio de Kono es una de varias revelaciones en un artículo que aparece en Fotónica de la naturaleza .
Estas singularidades espectrales son fundamentales para otro fenómeno, la capacidad recién descubierta del equipo de sintonizar continuamente la transición entre el acoplamiento débil y ultra fuerte de la luz y la materia confinada en el vacío. Esa capacidad puede dar a los investigadores la oportunidad de explorar nuevas tecnologías cuánticas comoalmacenamiento avanzado de información o láseres unidimensionales.
Kono y sus colegas tienen experiencia en acorralar fotones y excitones pares de electrones unidos en sólidos para formar materia condensada en un pozo cuántico. Informaron sobre su capacidad para hacerlo manipulando electrones con luz y un campo magnético en 2016En el mismo año, anunciaron su capacidad para hacer películas de nanotubos de carbono de pared simple altamente alineadas y de tamaño de oblea.
En el nuevo trabajo, el investigador postdoctoral y autor principal de Kono y Rice, Weilu Gao, combinó técnicas de los documentos anteriores y utilizó luz polarizada para desencadenar la formación de cuasipartículas conocidas como polaritones, luz y materia fuertemente acopladas, dentro de la unidimensionalnanotubos en una cavidad a temperatura ambiente. Debido a que los polaritones solo pueden resonar a lo largo de la longitud de los nanotubos alineados, aparecen cuando la luz entrante se polariza en la misma dirección. Cuando se gira 90 grados, los polaritones desaparecen progresivamente.
El ángulo de polarización en el que aparecen y desaparecen los polaritones se conoce como el punto excepcional, y ni Kono ni Gao lo consideraron importante hasta que intervino un amigo teórico.
"Descubrir el punto fue importante y sorprendente", dijo Kono. "En nuestra primera versión del documento, realmente no lo enfatizamos. Pero mientras estaba bajo revisión, mostramos los datos a un teórico y él señaló, 'Tienes esta característica de punto de Dirac aquí'. Comenzamos a analizarla con más cuidado, y de hecho hubo un punto excepcional ".
Los puntos de Dirac son una característica del grafeno; aparecen donde las bandas de conducción y valencia del material se conectan para convertirlo en un conductor de electricidad perfecto. En los materiales semiconductores, la separación energética entre bandas determina el espacio entre bandas del material.
Se han estudiado puntos excepcionales en otros contextos; en experimentos recientes, los científicos mostraron que la luz en sí misma podría ralentizarse o detenerse en ese punto.
"Muchas de las propiedades anómalas de los electrones en el grafeno están relacionadas con la existencia de este punto especial, llamado punto de Dirac o punto de energía cero", dijo Kono. "La estructura de la banda de grafeno es completamente no tradicional en comparación con semiconductores sólidos comoarseniuro de galio o silicio, que tienen bandas de conducción y valencia que definen su brecha de banda.
"En nuestro caso, tenemos una especie de intervalo de banda entre los polaritones superior e inferior cuando la luz polarizada es paralela a las películas, pero al girar la polarización de la luz cambia todo. Cuando llegas al punto excepcional, el intervalo de banda se cierra y polaritonesdesaparecer."
Kono dijo que el trabajo también demuestra que los nanotubos alineados cooperan entre sí. "La división de Rabi al vacío una medida de la fuerza de acoplamiento entre los fotones en el vacío y los electrones en la película sólida aumenta a medida que aumentamos el número de nanotubos".dijo: "Esto es evidencia de que los nanotubos cooperan coherentemente a medida que interactúan con los fotones de la cavidad".
Gao dijo que el experimento de Rice sugirió que se podría encontrar una manera de crear fotones, partículas elementales de luz, a partir de un vacío. Eso podría ser importante para el almacenamiento a nivel cuántico como una forma de extraer datos de qubits.
"Hay propuestas teóricas para convertir fotones virtuales en fotones reales, a veces llamados fotones Casimir", dijo Kono. "Podríamos tener materia dentro de una cavidad interactuando con el vacío, y cuando activamos el sistema de alguna manera destruimos el acoplamiento, yde repente salen fotones. Es un experimento que queremos hacer, porque producir fotones a pedido desde el vacío sería genial "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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