Новое слово в оптических технологиях. Поляритоны и квантовые вихри
Учёные из Сколтеха сделали прорыв в управлении квантовыми вихрями, показав, как поляритонные конденсаты могут занимать два энергетических уровня и формировать массивы квантовых вихрей. Этот результат важен для совершенствования оптических пинцетов и увеличения пропускной способности оптической связи.
Группа исследователей из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) под руководством вице-президента по фотонике, Павлоса Лагудакиса, достигла значительного успеха в изучении поляритонных конденсатов. Эти конденсаты, представляющие собой состояния, в которых квазичастицы световых и материальных волн ведут себя как единая частица, способны занимать два близко расположенных энергетических уровня при оптическом возбуждении. Это открытие позволяет формировать массивы квантовых вихрей, что имеет потенциал для применения в различных областях, таких как оптические пинцеты и оптическая связь.
Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Applied Physics Letters, продолжает предыдущие работы Сколтеха по изучению оптических вихрей. В 2022 году учёные из Сколтеха совместно с коллегами из Исландского и Саутгемптонского университетов впервые показали образование кластера квантовых вихрей с изменяющимися зарядами. Они наблюдали кластер из четырёх вихрей, заряды которых изменялись с интервалом в одну пятую наносекунды.
Младший научный сотрудник Сколтеха, Кирилл Ситник, отметил, что поляритоны, являющиеся квазичастицами, способны образовывать макроскопическое когерентное состояние благодаря конденсации Бозе-Эйнштейна.
«Конденсация поляритонов в неорганических микрорезонаторах достигается при экстремально низкой температуре, поэтому для наблюдения этого явления образец охлаждается до четырёх градусов Кельвина.»
- Кирилл Ситник, младший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники в Центре фотоники и фотонных технологий Сколтеха
В экспериментах учёные использовали эллиптическую оптическую ловушку вместо круговой, что привело к формированию двух пространственных состояний на разных энергетических уровнях. Эти состояния вызывают биения, которые приводят к периодическим колебаниям топологического заряда квантовых вихрей. Регулируя эллиптичность ловушки, исследователи смогли контролировать частоту изменения знака топологического заряда вихрей. Для подтверждения этих результатов была использована модель квантового гармонического осциллятора, продемонстрировавшая предсказуемую тенденцию перестройки частоты и её нелинейное поведение.
«Мы обнаружили, что при оптическом возбуждении поляритонного конденсата и его захвате в оптическую ловушку он может занимать одновременно два близко расположенных энергетических уровня.»
- Кирилл Ситник, младший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники в Центре фотоники и фотонных технологий Сколтеха
