Nanotechnologie nu - Persbericht: Optisch gevangen kwantumdruppeltjes licht kunnen aan elkaar binden om macroscopische complexen te vormen

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Optisch gevangen kwantumdruppeltjes van licht kunnen zich binden en macroscopische complexen vormen

Geraspte golfgeleider met subgolflengte die polaritondruppeltjes ondersteunt (visualisatie: Antonio Gianfrate, bron: CNR Nanotec).

CREDIT
CNR Nanotec

Abstract:
Wetenschappers van CNR Nanotec in Lecce en de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Warschau gebruikten een nieuwe generatie halfgeleider fotonische roosters om optisch complexen van kwantumdruppeltjes licht aan te passen die samengebonden werden tot macroscopisch coherente toestanden. Het onderzoek ondersteunt een nieuwe methode om interacties tussen kunstmatige atomen op een zeer herconfigureerbare manier te simuleren en te onderzoeken, met behulp van optica. De resultaten zijn gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift “Nature Physics”

Optisch gevangen kwantumdruppeltjes van licht kunnen zich binden en macroscopische complexen vormen

Warschau, Polen | Geplaatst op 8 maart 2024

Systemen van gecondenseerde materie en fotonische technologieën worden regelmatig door onderzoekers gebruikt om platforms op microschaal te creëren die de complexe dynamiek van veel op elkaar inwerkende kwantumdeeltjes kunnen simuleren in een meer toegankelijke omgeving. Enkele voorbeelden zijn onder meer ultrakoude atomaire ensembles in optische roosters, supergeleidende arrays en fotonische kristallen en golfgeleiders. In 2006 ontstond een nieuw platform met de demonstratie van macroscopisch coherente kwantumvloeistoffen van exciton-polaritonen om kwantumverschijnselen van veel lichamen te onderzoeken door middel van optische technieken.

Wanneer een stuk halfgeleider tussen twee spiegels wordt geplaatst – een optische microresonator – kunnen de elektronische excitaties binnenin sterk worden beïnvloed door fotonen die gevangen zitten tussen de spiegels. De resulterende nieuwe bosonische kwantumdeeltjes, bekend als exciton-polaritonen (of kortweg polaritonen), kunnen onder de juiste omstandigheden een faseovergang ondergaan naar een niet-evenwichtig Bose-Einstein-condensaat en een macroscopische kwantumvloeistof of een druppel licht vormen. Kwantumvloeistoffen van polaritonen hebben veel opvallende eigenschappen, waaronder dat ze optisch configureerbaar en leesbaar zijn, waardoor eenvoudige metingen van de polaritondynamiek mogelijk zijn. Dit is wat ze zo voordelig maakt om de fysica van meerdere lichamen te simuleren.

Polaritoncondensaten moeten continu optisch worden gepompt met externe lasers om deeltjes aan te vullen, anders verdwijnt het condensaat binnen picoseconden. Hoe harder je het condensaat pompt, hoe energieker het wordt als gevolg van afstotende krachten tussen de deeltjes, wat ertoe leidt dat deeltjes uit het condensaat ontsnappen en vervolgens de ruimtelijke correlaties vervallen. Dit is een fundamenteel probleem voor optisch programmeerbare polaritonsimulators. Wetenschappers moesten een manier bedenken om het condensaat stabieler te maken en een langere levensduur te geven, terwijl het nog steeds optisch wordt gepompt.

Wetenschappers van CNR Nanotec in Lecce en de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Warschau hebben dit doel bereikt met behulp van een nieuwe generatie halfgeleider fotonische roosters. In hun artikel met de titel ‘Reconfigurable quantum fluid moleculars of bound states in the continuüm’, gepubliceerd in Nature Physics, gebruikten ze subgolflengte-eigenschappen van het fotonische rooster om polaritonen te doordrenken met nieuwe eigenschappen. Ten eerste zouden de polaritonen ertoe kunnen worden aangezet te condenseren tot een ultralange levensduur die bekend staat als gebonden toestand in het continuüm (BIC). Het fascinerende aan BIC's is dat ze meestal niet-stralend zijn vanwege de door symmetrie afgedwongen bescherming tegen het externe continuüm van fotonische modi. Ten tweede verkregen de polaritonen een negatieve effectieve massa als gevolg van de dispersierelatie afkomstig van het rooster. Dit betekende dat de opgepompte polaritonen niet meer zo gemakkelijk via normale vervalkanalen konden ontsnappen. Nu beschikten de onderzoekers over polaritonvloeistoffen die een extreem lange levensduur hadden en veilig konden worden opgesloten met alleen optische technieken.

Gecombineerd zorgden deze mechanismen ervoor dat Antonio Gianfrate en Danielle Sanvitto van CNR Nanotec in Lecce optisch meerdere polaritondruppeltjes konden pompen die konden interageren en hybridiseren tot macroscopische complexen. Ze zouden moleculaire arrangementen en ketens kunnen aanpassen en omkeerbaar kunnen configureren met behulp van deze nieuwe vorm van kunstmatige atomen: condensaten van BIC-polaritonen met negatieve massa. De BIC-eigenschap zorgde ervoor dat polaritonen een veel langere levensduur hadden, terwijl de negatieve massa-eigenschap ervoor zorgde dat ze optisch gevangen raakten. De bevindingen werden ondersteund door een BIC Dirac-polaritontheorie ontwikkeld door Helgi Sigurdsson (Universiteit van Warschau), Hai Chau Nguyen (Universiteit van Siegen, Duitsland) en Hai Son Nguyen (Univ Lyon, Frankrijk).

Het ultieme voordeel van het platform is dat de kunstmatige kwantumcomplexen volledig optisch kunnen worden geprogrammeerd, maar toch een zeer hoge levensduur behouden vanwege hun bescherming tegen het continuüm. Dit zou kunnen leiden tot een nieuwe onderneming in optisch programmeerbare grootschalige kwantumvloeistoffen, gedefinieerd door ongekende coherentieschalen en stabiliteit voor gestructureerde niet-lineaire lasering en op polariton gebaseerde simulatie van complexe systemen.

“Er zijn nog steeds verschillende interessante manieren om dit kunstmatige polaritonische Dirac-systeem te verkennen. Het koppelingsmechanisme tussen polaritondruppeltjes langs en loodrecht op de roosterrichting is bijvoorbeeld heel verschillend. Langs de golfgeleider zijn polaritonen in feite negatieve massadeeltjes die sterk gebonden zijn aan hun pompplek. Loodrecht op de golfgeleider bewegen ze als deeltjes met positieve massa die ballistisch transport ondergaan. De combinatie van deze twee mechanismen opent een nieuw venster om te kijken naar opkomend gedrag van synchronie en patroonvorming in gestructureerde polariton-kwantumvloeistoffen”, besluit Helgi Sigurðsson van de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Warschau.

Een internationaal team van wetenschappers heeft onderzoek uitgevoerd ondersteund door de subsidie van het National Science Center (2022/45/P/ST3/00467), medegefinancierd door het Kaderprogramma van de Europese Unie voor Onderzoek en Innovatie Horizon 2020 onder de Marie Sklodowska-Curie subsidieovereenkomst (nr. 945339).

####

Over Universiteit van Warschau, Faculteit Natuurkunde
Natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Warschau verschenen in 1816 als onderdeel van de toenmalige Faculteit der Wijsbegeerte. In 1825 werd het Astronomisch Observatorium opgericht. Momenteel bestaat de Faculteit Natuurkunde van de Universiteit van Warschau uit de volgende instituten: Experimentele Natuurkunde, Theoretische Natuurkunde, Geofysica, de Afdeling Wiskundige Methoden en het Astronomisch Observatorium. Het onderzoek bestrijkt vrijwel alle gebieden van de moderne natuurkunde, op schalen van kwantum tot kosmologisch. Het onderzoeks- en onderwijspersoneel van de faculteit bestaat uit ruim 250 academische docenten. Ongeveer 1,100 studenten en ruim 170 promovendi studeren aan de Faculteit Natuurkunde UW. Volgens de Shanghai's Global Ranking of Academic Subjects behoort de Universiteit van Warschau tot de 150 beste universiteiten ter wereld die onderwijs geven op het gebied van natuurkunde.

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Medienkontakt

Agata Meissner
Universiteit van Warschau, Faculteit der Natuurkunde
Office: 225-532-573
@natuurkunde_UW
Contactpersoon voor experts

Dr. Helgi Sigurdsson
Faculteit Natuurkunde Universiteit van Warschau
Kantoor: +48 22 55 32 765
@natuurkunde_UW

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer:

Gerelateerde Links

Antonio Gianfrate, Helgi Sigurðsson, Vincenzo Ardizzone, Hai Chau Nguyen, Fabrizio Riminucci, Maria Efthymiou-Tsironi, Kirk W. Baldwin, Loren N. Pfeiffer, Dimitrios Trypogeorgos, Milena De Giorgi, Dario Ballarini, Hai Son Nguyen & Daniele Sanvitto, Herconfigureerbaar kwantum vloeibare moleculen van gebonden toestanden in het continuüm

Gerelateerd nieuws Pers

Kwantumfysica

De aanpak van onderzoekers kan kwantumcomputers beschermen tegen aanvallen Maart 8th, 2024

Licht en elektronen overbruggen Januari 12th, 2024

Natuurkundigen 'verstrengelen' voor het eerst individuele moleculen, waardoor de mogelijkheden voor kwantuminformatieverwerking worden versneld: in werk dat zou kunnen leiden tot robuustere kwantumcomputers zijn Princeton-onderzoekers erin geslaagd moleculen tot kwantumverstrengeling te dwingen December 8th, 2023

Nieuws en informatie

Onderzoekers ontwikkelen kunstmatige bouwstenen van het leven Maart 8th, 2024

Hoe oppervlakteruwheid de hechting van zachte materialen beïnvloedt: onderzoeksteam ontdekt universeel mechanisme dat leidt tot adhesiehysterese in zachte materialen Maart 8th, 2024

Tweedimensionale bimetaal-seleniumhoudende metaal-organische raamwerken en hun gecalcineerde derivaten als elektrokatalysatoren voor de algehele watersplitsing Maart 8th, 2024

Curcumine-nano-emulsie wordt getest voor de behandeling van darmontstekingen: een door Braziliaanse onderzoekers ontwikkelde formulering bleek effectief in tests met muizen Maart 8th, 2024

Fysica

CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024

Wetenschappers gebruiken warmte om transformaties tussen skyrmionen en antiskyrmionen te creëren Januari 12th, 2024

Gefocuste ionenbundeltechnologie: één enkel hulpmiddel voor een breed scala aan toepassingen Januari 12th, 2024

supergeleiding

‘Plotselinge dood’ van kwantumfluctuaties tart huidige theorieën over supergeleiding: studie daagt de conventionele wijsheid van supergeleidende kwantumovergangen uit Januari 12th, 2024

Doorbraak in onderzoek kan belangrijk zijn voor de toekomst van kwantumcomputing: in Ierland gevestigde wetenschappers bevestigen cruciale kenmerken van nieuw supergeleidermateriaal Juni 30, 2023

Onderzoekers van Purdue ontdekken dat supergeleidende beelden in feite driedimensionale en door wanorde aangestuurde fractals zijn 12 mei 2023

Govt.-wetgeving / verordening / financiering / beleid

Wat warmte ons kan vertellen over de chemie van batterijen: het Peltier-effect gebruiken om lithium-ioncellen te bestuderen Maart 8th, 2024

De aanpak van onderzoekers kan kwantumcomputers beschermen tegen aanvallen Maart 8th, 2024

Het Access to Advanced Health Institute ontvangt maximaal 12.7 miljoen dollar voor de ontwikkeling van een nieuwe nanoalum-adjuvansformulering voor betere bescherming tegen tuberculose en pandemische griep Maart 8th, 2024

Superbug killer: Nieuw synthetisch molecuul dat zeer effectief is tegen resistente bacteriën Februari 16th, 2024

Mogelijke toekomsten

Tweedimensionale bimetaal-seleniumhoudende metaal-organische raamwerken en hun gecalcineerde derivaten als elektrokatalysatoren voor de algehele watersplitsing Maart 8th, 2024

Curcumine-nano-emulsie wordt getest voor de behandeling van darmontstekingen: een door Braziliaanse onderzoekers ontwikkelde formulering bleek effectief in tests met muizen Maart 8th, 2024

CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024

Optisch computergebruik / fotonisch computergebruik

Nieuwe chip opent de deur naar AI-computing met lichtsnelheid Februari 16th, 2024

HKUST-onderzoekers ontwikkelen nieuwe integratietechniek voor efficiënte koppeling van III-V en silicium Februari 16th, 2024

NRL ontdekt tweedimensionale golfgeleiders Februari 16th, 2024

Thermische impact van 3D-stapelende fotonische en elektronische chips: onderzoekers onderzoeken hoe de thermische schade van 3D-integratie kan worden geminimaliseerd December 8th, 2023

ontdekkingen

Wat warmte ons kan vertellen over de chemie van batterijen: het Peltier-effect gebruiken om lithium-ioncellen te bestuderen Maart 8th, 2024

De aanpak van onderzoekers kan kwantumcomputers beschermen tegen aanvallen Maart 8th, 2024

Hightech 'verf' kan patiënten herhaalde operaties besparen Maart 8th, 2024

CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024

Mededelingen

Wat warmte ons kan vertellen over de chemie van batterijen: het Peltier-effect gebruiken om lithium-ioncellen te bestuderen Maart 8th, 2024

Curcumine-nano-emulsie wordt getest voor de behandeling van darmontstekingen: een door Braziliaanse onderzoekers ontwikkelde formulering bleek effectief in tests met muizen Maart 8th, 2024

CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024

Interviews / Boekbesprekingen / Essays / Rapporten / Podcasts / Journals / White papers / Posters

Onderzoekers ontwikkelen kunstmatige bouwstenen van het leven Maart 8th, 2024

Hoe oppervlakteruwheid de hechting van zachte materialen beïnvloedt: onderzoeksteam ontdekt universeel mechanisme dat leidt tot adhesiehysterese in zachte materialen Maart 8th, 2024

Curcumine-nano-emulsie wordt getest voor de behandeling van darmontstekingen: een door Braziliaanse onderzoekers ontwikkelde formulering bleek effectief in tests met muizen Maart 8th, 2024

CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024

Fotonica / Optica / Lasers

CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024

HKUST-onderzoekers ontwikkelen nieuwe integratietechniek voor efficiënte koppeling van III-V en silicium Februari 16th, 2024

De rondspringende ionen van een batterij herinneren zich waar ze zijn geweest: in atomair detail bekeken is de ogenschijnlijk soepele stroom van ionen door de elektrolyt van een batterij verrassend ingewikkeld Februari 16th, 2024

NRL ontdekt tweedimensionale golfgeleiders Februari 16th, 2024

Quantum nanowetenschap

Licht en elektronen overbruggen Januari 12th, 2024

‘Plotselinge dood’ van kwantumfluctuaties tart huidige theorieën over supergeleiding: studie daagt de conventionele wijsheid van supergeleidende kwantumovergangen uit Januari 12th, 2024

Hoe een “2D” kwantum-supervloeistof aanvoelt November 3rd, 2023

Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57457