De flesta objekt reagerar på förutsägbara sätt när kraft appliceras på dem - om de inte har "negativ massa". Och då reagerar de precis tvärtom mot vad man förväntar sig.

Nu har forskare vid University of Rochester lyckats skapa partiklar med negativ massa i en atomärt tunn halvledare, genom att få det att interagera med instängt ljus i en optisk mikrokavitet.

Bara detta är "intressant och spännande ur ett fysikperspektiv, " säger Nick Vamivakas, en docent i kvantoptik och kvantfysik vid Rochesters Institute of Optics. "Men det visar sig också att enheten vi har skapat presenterar ett sätt att generera laserljus med en stegvis liten mängd kraft."

Enheten, beskrivs i Nature Physics, består av två speglar som skapar en optisk mikrokavitet, som begränsar ljuset till olika färger i spektrumet beroende på hur speglarna är placerade.

Forskare i Vamivakas labb, inklusive huvudförfattarna Sajal Dhara (nu med Indian Institute of Technology) och Ph.D. student Chitraleema Chakraborty, inbäddade en atomärt tunn molybdendiselenid-halvledare i mikrokaviteten.

Halvledaren placerades på ett sådant sätt att dess interaktion med det instängda ljuset resulterade i att små partiklar från halvledaren – kallade excitoner – kombinerades med fotoner från det instängda ljuset för att bilda polaritoner.

"Genom att få en exciton att ge upp en del av sin identitet till en foton för att skapa en polariton, vi slutar med ett föremål som har en negativ massa associerad med sig, Vamivakas förklarar. för om du försöker trycka eller dra den, det kommer att gå i motsatt riktning mot vad din intuition skulle säga dig."

Andra forskargrupper har experimenterat med liknande enheter, Vamivakas säger, men detta är den första enheten som producerar partiklar med negativ massa.

Även om applikationer "fortfarande är på väg, Vamivakas tillägger, hans labb kommer att fortsätta att utforska:

• Hur enheten kan fungera som ett substrat för att producera lasrar. "Med de polaritoner vi har skapat med den här enheten, receptet för att få en laser att operera är helt annorlunda, ", säger Vamivakas. "Systemet börjar lasra vid en mycket lägre energitillförsel" än traditionella lasrar som nu används.
• De fysiska konsekvenserna av att skapa negativ massa i enheten. "Vi funderar på sätt att applicera tryck och drag - kanske genom att applicera ett elektriskt fält över enheten - och sedan studera hur dessa polaritoner rör sig i enheten under applicering av extern kraft."