Обнаружен полностью оптический аналог ядерного магнитного резонанса с квантовыми жидкостями света
Исследователи из Сколтеха, Варшавского университета и Исландского университета продемонстрировали, что оптическими средствами можно возбудить и перемешать экситон-поляритонный конденсат, который излучает линейно поляризованный свет с осью поляризации, следующей за направлением перемешивания. Вращение линейной поляризации излучаемого света соответствует перемешиванию спина поляритона. Скорость такой модуляции во времени может достигать ГГц благодаря сверхбыстрой динамике поляритонной системы. Обнаружено, что эта прецессия происходит только при определенных резонансных условиях внешнего перемешивания и внутренних параметров системы. Работа опубликована в журнале Optica. Экспериментальная работа полностью проводилась в Центре фотоники Сколтеха.
Установка для экспериментов в Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха.
Фото: Степан Барышев.
Одним из эффективных способов управления вращением является прецессия Лармора. Прецессия возникает из-за того, что магнитный материал в поперечном магнитном поле заставляет свои спины устойчиво вращаться вокруг силовых линий магнитного поля с частотой, пропорциональной величине приложенного поля.
"Применение дополнительного РЧ-магнитного поля, резонансного частоте прецессии, приводит к резонансному отклику изучаемой системы (например, ядерному ЯМР или электронному ЭМИ-магнитному резонансу), который можно эффективно измерить и использовать. Ярким примером здесь является визуализация. тканей человека на обычных аппаратах МРТ в больницах", — прокомментировал соавтор исследования Степан Барышев, научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха.
Недавно физики из Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха открыли эффект, аналогичный обычному ЯМР, в квантовых жидкостях света — конденсатах поляритонов. Примечательно, что эффект был получен с использованием только оптических полей вместо магнитных. Далее было обнаружено резонансное влияние полностью оптического привода на прецессию спина в микрорезонаторах при криогенных температурах.
В предыдущих исследованиях группа профессора Павлоса Лагудакиса (Сколтех) уже продемонстрировала, что расщепление собственной энергии, индуцированное эллиптически поляризованным лазерным возбуждением, в поляритонах микрорезонатора работает как эффективное магнитное поле, приводящее к самоиндуцированному ларморовскому возбуждению (прецессия спина поляритонных конденсатов).
Важно отметить, что в резонансе прецессия спина поляритона характеризуется исключительным временем дефазировки спина, равным 174 нс (это в 20 раз дольше, чем сообщалось ранее), что отражает его замечательную стабильность. Резонанс наблюдался путем изменения различных параметров системы, таких как частота перемешивания, эллиптичность поляризации и мощность лазерной накачки также разработали строгую численную модель, воспроизводящую экспериментальные результаты.
Впервые в поляритонных конденсатах исследователям удалось восстановить время спиновой когерентности T2, равное 320 пс, по форме наблюдаемого спинового резонанса. T2 является важным временным масштабом для возможных применений поляритонов, характеризующим возможную скорость манипулирования спином поляритонов и позволяющим сравнивать их с другими физическими системами.
Это открытие создаёт возможности для инновационных устройств спинтроники, способных манипулировать когерентными, сильно нелинейными и закрученными векторными источниками света. Более того, его можно использовать в качестве источника когерентного света с вращающейся на частоте ГГц линейной поляризацией.
Экспериментальная работа полностью проводилась в Центре фотоники Сколтеха.
Помимо первого автора статьи, выпускника Сколтеха Ивана Гнусова, в исследовательскую группу Сколтеха вошли научный сотрудник Степан Барышев, доцент Сергей Аляткин, младший научный сотрудник Кирилл Ситник и профессор Павлос Лагудакис. Сильную теоретическую поддержку оказал доктор Хельги Сигурдссон (Варшавский университет и Университет Исландии).
