Cuasipartícula de materia-luz
En física , el excitón-polaritón es un tipo de polaritón ; una cuasipartícula híbrida de luz y materia que surge del fuerte acoplamiento de las oscilaciones dipolares electromagnéticas de los excitones (ya sea en masa o en pozos cuánticos ) y los fotones . [1] Debido a que las excitaciones de la luz se observan clásicamente como fotones , que son partículas sin masa, no tienen masa , como una partícula física. Esta propiedad los convierte en una cuasipartícula .
Teoría
El acoplamiento de los dos osciladores, los modos de fotones en la microcavidad óptica semiconductora y los excitones de los pozos cuánticos , da como resultado el anticruce de energía de los osciladores desnudos, dando lugar a los dos nuevos modos normales para el sistema, conocidos como resonancias (o ramas) de polaritón superior e inferior. El cambio de energía es proporcional a la fuerza de acoplamiento (dependiente, por ejemplo, de los solapamientos de campo y polarización). El modo de mayor energía o superior (UPB, rama de polaritón superior) se caracteriza por los campos fotónicos y de excitones que oscilan en fase, mientras que el modo LPB (rama de polaritón inferior) se caracteriza por oscilar con oposición de fase. Los excitones-polaritones de microcavidades heredan algunas propiedades de sus dos raíces, como una masa efectiva para la luz (de los fotones) y una capacidad de interactuar entre sí (de las fuertes no linealidades de los excitones) y con el entorno (incluidos los fonones internos , que proporcionan termalización, y el desacoplamiento por pérdidas radiativas). En la mayoría de los casos, las interacciones son repulsivas, al menos entre cuasipartículas de polaritones del mismo tipo de espín (interacciones intraespín) y el término de no linealidad es positivo (aumento de la energía total, o corrimiento al azul, al aumentar la densidad). [2]
Los investigadores también estudiaron el transporte de largo alcance en materiales orgánicos vinculados a microcavidades ópticas y demostraron que los excitones-polaritones se propagan a lo largo de varios micrones. [3] Esto se hizo con el fin de demostrar que los excitones-polaritones se propagan a lo largo de varios micrones y que la interacción entre el desorden molecular y las correlaciones de largo alcance inducidas por la mezcla coherente con la luz conduce a una transición de movilidad entre el transporte difusivo y balístico. [4]
Otras características
Los polaritones también se caracterizan por relaciones de dispersión de energía - momento no parabólicas , que limitan la validez de la aproximación de masa efectiva parabólica a un pequeño rango de momentos. [5]
También tienen un grado de libertad de espín , lo que los convierte en fluidos espinoriales capaces de sostener diferentes texturas de polarización . Los excitones-polaritones son bosones compuestos que se puede observar que forman condensados de Bose-Einstein , [6] [7] [8] [9]
y sostienen la superfluidez de polaritones y vórtices cuánticos [10]
y se prospectan para aplicaciones tecnológicas emergentes. [11]
Muchos trabajos experimentales se centran actualmente en láseres de polaritones , [12] transistores direccionados ópticamente , [13] estados no lineales como solitones y ondas de choque, propiedades de coherencia de largo alcance y transiciones de fase , vórtices cuánticos y patrones espinoriales. La modelización de fluidos excitón-polaritón se basa principalmente en el uso de GPE ( ecuaciones de Gross-Pitaevskii ), que tienen la forma de ecuaciones de Schrödinger no lineales . [14]
Véase también
Referencias
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Enlaces externos
- Animación de YouTube que explica qué es un polaritón en un microresonador semiconductor.
- Descripción de la investigación experimental sobre fluidos polaritones en el Instituto de Nanotecnologías del CNR italiano.