Spektroskopisk signatur av tvåpunkter, mångkroppskorrelerat tillstånd. Vänster:I avsaknad av pumpning. Höger:Med pumpning. Kredit:FLEET
En Monash-ledd studie utvecklar ett nytt tillvägagångssätt för att direkt observera korrelerade, mångkroppsstater i ett exciton-polaritonsystem som går utöver klassiska teorier.
Studien utökar användningen av teori om kvantföroreningar, för närvarande av betydande intresse för den kalla atomfysiska gemenskapen, och kommer att utlösa framtida experiment som visar kvantkorrelationer mellan många kroppar av mikrokavitetspolaritoner.
Utforska kvantvätskor
"Exciton-polaritons ger en lekplats där man kan utforska kvantfluider i rumstemperatur, och de nya egenskaperna hos icke-jämviktssystem med många kroppar, "säger studieförfattaren A/Prof Meera Parish.
Dock, trots sin inneboende kvantkaraktär som superpositioner av materia och ljus, de senaste resultaten kan beskrivas genom icke-linjära fysik, klassiska vågor.
Den nya studien visar hur man kan undersöka bortom medelfältskvantkorrelationer i ett mångakroppspolaritonsystem genom kvantföroreningsfysik, där en mobil förorening kläs av excitationer av ett kvantmekaniskt medium, och bildar således en ny polaronisk kvasipartikel som trotsar en medelfältbeskrivning.
"Att observera bortom medelfältskvantkorrelerat beteende med polaritoner är en viktig milstolpe för att använda polaritoner för kvantteknik, "förklarar huvudförfattaren Dr Jesper Levinsen, som är ARC Future Fellow och samarbetspartner till A/Prof Parish i Monash University's School of Physics and Astronomy.
På få-partikelnivå, det har nyligen gjorts framsteg med att uppnå svag anti-gängning och polaritonblockad i en fiberhålighet, där inneslutning av fotoner förbättrar icke-lineariteter.
Normal incidens pump-sondöverföring som en funktion av foton-exciton-avstämning och den omskalade sondenergin för att öka pumptätheten. Kredit:FLEET
Liknande, komplex flerdimensionell spektroskopi har använts för att studera kvantkorrelationer. Dock, experiment som visar bortom medelfältskvantkorrelerat beteende på mångkroppsnivå kvarstår fortfarande.
Studien ger en alternativ väg för att utforska sådana korrelationer, använder sig av pumpsondspektroskopimetoder, som redan har visats genom experiment.
"Våra resultat matchar resultaten från dessa experiment, men visa att experiment hittills har missat regimen där kvantkorrelationer med flera punkter kan ses, "säger Dr Levinsen.
Studien
"Spektroskopiska signaturer av kvantkroppskorrelationer i polaritons mikrokaviteter" publicerades i Fysiska granskningsbrev i december 2019.
Samt stöd från Australian Research Council (Centers of Excellence and Future Fellowship), ekonomiskt stöd gavs av Ministerio de Economia Competitividad (MINECO), Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) och Simons Foundation, och arbete utfördes på Aspen Center for Physics.
Parish och Levinsen är teoretiska fysiker som undersöker och beskriver matematiskt beteendet hos stora grupper av interagerande kvantpartiklar, som atomer eller elektroner, som kan uppvisa exotiskt beteende, såsom överflödighet där de flyter utan att stöta på motstånd.
A/Prof Parish är den ledande aktuella forskaren som studerar hur ett så komplext kollektivt beteende kommer från egenskaperna hos små grupper av kvantpartiklar (ett fält som kallas fåkroppsfysik).
Detta arbete utökar vår grundläggande kunskap om kvantfysik i system som sträcker sig från kalla atomgaser till halvledars halvledare, och har potential att stödja en ny generation av nära nollmotstånd, ultralåg energi elektroniska enheter, sökt av FLEET.
