Ett internationellt forskargrupp tog fram en analog av ett kristallgitter med fast kropp från polaritoner, hybridfoton-elektronkvasipartiklar. I det resulterande polaritongitteret, vissa partiklers energi beror inte på deras hastighet. På samma gång, gitterets geometri, partikelkoncentration och polarisationsegenskaper kan fortfarande modifieras. Detta öppnar nya perspektiv för studier av kvanteffekter och användning av optisk beräkning. Resultaten av studien publicerades i Fysiska granskningsbrev .

En fast kropp bildas runt ett kristallgitter som bildas av atomkärnor. Gittergeometri kan påverka förhållandet mellan en partikels energi och hastighet. Gitter är indelade i flera typer beroende på deras geometriska egenskaper. Några av dem, som Lieb -gitteret, har så kallade platta band:ett tillstånd där partiklar inte alls visar något förhållande mellan energi och hastighet. Ur en formell synvinkel, partiklar i platta band har oändlig effektiv massa.

Flatband är av stort intresse för grundvetenskap. De används för att studera supraledare, ferromagneter och andra kvantfaser i elektroner. Dock, kvantfaser kan också observeras i lätta elementära partiklar - fotoner. Detta kräver att man skapar en så kallad fotonisk kristall med justerbar geometri, en konstgjord fotonisk analog av en fast kropp. Sådana förhållanden gör det möjligt för forskare att mycket lättare observera och hantera olika kvantegenskaper hos partiklar.

Fysiker från ITMO University och University of Sheffield har skapat en fotonisk analog av ett Lieb -galler och bekräftat att kvanteffekter i en fotonisk struktur verkligen är starkare. "Strängt talat, vi hade att göra med polaritoner snarare än fotoner, "förklarar Dmitry Kryzhanovsky, seniorforskare vid ITMO University och professor vid University of Sheffield. "Detta hybridtillstånd uppstår när exciterade elektroner blandas med fotoner. Sådana hybridpartiklar interagerar med varandra, ungefär som elektroner gör i en fast kropp. Vi använde polaritoner för att skapa ett kristallgitter och studerade deras nya egenskaper. Nu vet vi hur polaritoner kondenserar i platta band, hur deras interaktion bryter strålningssymmetrin och hur deras spinn- eller polarisationsegenskaper förändras. "

Eftersom polaritoner upprätthåller sin rotationsrotation kontinuerligt, forskare kan nu observera polarisering under lång tid. Vidare, enkel kontroll över polaritonkoncentrationen i gallret ger fler alternativ för exakt hantering av systemet.

"Ur en grundläggande synvinkel, polaritonkristaller är intressanta genom att de ger en mängd olika kvantfaser och effekter som vi inte kan studera i vanliga kristaller, "säger Ivan Shelykh, chef för International Laboratory of Photoprocesses in Mesoscopic Systems vid ITMO University. "Polarisering kan fungera som ett informationslagringselement. Alla beräkningar är baserade på ett binärt system. Det måste finnas 0 och 1, så för att implementera optisk databehandling behöver vi två motsvarande tillstånd. Polarisering, höger och vänster, med ett antal mellankombinationer, är en idealisk kandidat för kvantnivåinformationsbehandling. "

Personalen vid University of Sheffield gjorde ett stort bidrag till skapandet och studien av polaritonkristallgitterna. Professor Maurice Skolnick från Sheffield leder tillsammans med Ivan Shelykh ett megagrantprojekt om hybridstatus av ljus. "Alla experiment utfördes i Sheffield, medan teoretisk modellering och analys av resultaten gjordes vid ITMO University, "säger Shelykh." Jag anser att det här verket är ett bra exempel på hur vetenskapen ska se ut. Resultaten av ett experiment är obegripliga när de publiceras utan tolkning. Liknande, rå teori med orealistiska parametrar är svårt att tillämpa i praktiken. Men här kombinerade vi teori med experiment - och vi planerar att fortsätta göra så här. Vårt nästa mål är att erhålla och undersöka de topologiska gränsförhållandena för ett sådant galler. "