Создан квантовый гармонический осциллятор при комнатной температуре
Квантовый гармонический осциллятор — структура, которая может контролировать местоположение и энергию квантовых частиц, которые в будущем могут быть использованы для разработки новых технологий, включая OLED и миниатюрные лазеры, — был создан при комнатной температуре исследователями под руководством Университета Св. Эндрюс. В исследовании, проведенном в сотрудничестве с учеными из Наньянского технологического университета в Сингапуре и недавно опубликованном в Nature Communications, использовался органический полупроводник для получения поляритонов, которые проявляют квантовые состояния даже при комнатной температуре.
(слева) захваченная квантовая жидкость, видимая под микроскопом, и (справа) формы отдельных состояний гармонических колебаний квантовой жидкости, когда жидкость находится в ловушке в провале интенсивности лазерных лучей (пунктирная линия). Предоставлено: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34440-0
Поляритоны — это квантовые смеси света и материи, которые создаются путем объединения возбуждений в полупроводниковом материале с фотонами, фундаментальными частицами, формирующими свет. Чтобы создать поляритоны, исследователи захватили свет тонким слоем органического полупроводника (вид светоизлучающего материала, используемого в OLED-дисплеях смартфонов), в 100 раз тоньше человеческого волоса, зажатого между двумя зеркалами с высокой отражающей способностью.
Поляритоны, как и влага в воздухе, могут конденсироваться и образовывать жидкость. Исследователи поместили эту квантовую жидкость в структуру лазерных лучей, чтобы контролировать ее свойства. Это заставило жидкость колебаться с серией гармонических частот, которые напоминают колебания струны скрипки. Форма этих квантованных состояний вибрации соответствовала форме «квантового гармонического осциллятора».
Один из руководителей проекта, доктор Хамид Охади из Школы физики и астрономии Сент-Эндрюсского университета, сказал: «Это задача из учебника, которую мы рассматриваем с нашими студентами на наших курсах квантовой физики, — квантовый гармонический осциллятор. Раньше мы думали, что для того, чтобы увидеть эти осцилляторы, нужны сложные методы охлаждения. Мы обнаружили, что это фундаментальное физическое явление можно наблюдать и при комнатной температуре ».
Его коллега профессор Грэм Тернбулл добавил: «Изучая этот квантовый осциллятор, мы учимся управлять местоположением и движением поляритонов. В будущем мы надеемся использовать эти знания для разработки новых квантовых технологий для зондирования окружающей среды или новых типов органических светодиодов и миниатюрных лазеров».
Профессор Ифор Самуэль, также участник проектной группы в Сент-Эндрюсе, сказал: «Один из самых замечательных аспектов этого исследования заключается в том, что мы возбуждаем образец в одном месте, но видим генерацию ( поляритона ) в другом, показывая, что квантовая смесь или свет и материя могут перемещаться на макроскопические расстояния. Это может быть полезно не только для лазеров, но и для солнечных элементов».
