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Polaritón

Relación de dispersión de polaritones de fonones en GaP . Las curvas rojas son las relaciones de dispersión de fonones y fotones desacoplados, las curvas negras son el resultado del acoplamiento (de arriba a abajo: polaritón superior, fonón LO, polaritón inferior).

En física , los polaritones / p ə ˈ l ær ɪ t ɒ n z , p oʊ -/ [1] son ​​cuasipartículas bosónicas resultantes del fuerte acoplamiento de ondas electromagnéticas (fotón) con una excitación (estado) portadora de un dipolo eléctrico o magnético de materia sólida o líquida (como un fonón , un plasmón o un excitón ). [ ejemplo necesario ] Los polaritones describen el cruce de la dispersión de la luz con cualquier resonancia interactuante .

Son una expresión de la repulsión de niveles ( fenómeno cuántico ), también conocida como principio de cruce evitado . En este sentido, los polaritones pueden considerarse como los nuevos modos normales de un material o estructura dados que surgen del fuerte acoplamiento de los modos desnudos, que son el fotón y la oscilación dipolar. Las cuasipartículas bosónicas son distintas de los polarones ( cuasipartículas fermiónicas ), que son un electrón más una nube de fonones adjunta .

Los polaritones violan el límite de acoplamiento débil y los fotones asociados no se propagan libremente en los cristales. En cambio, la velocidad de propagación depende en gran medida de la frecuencia del fotón.

Se han obtenido resultados experimentales significativos sobre varios aspectos de los excitones-polaritones en el caso del óxido de cobre (I) .

Historia

Las oscilaciones en gases ionizados fueron observadas por Lewi Tonks e Irving Langmuir en 1929. [2] Los polaritones fueron considerados teóricamente por primera vez por Kirill Borisovich Tolpygo . [3] [4] Se denominaban excitones de luz en la literatura científica soviética. Ese nombre fue sugerido por Solomon Isaakovich Pekar , pero se adoptó el término polaritón, propuesto por John Hopfield .

Los estados acoplados de ondas electromagnéticas y fonones en cristales iónicos y su relación de dispersión, ahora conocidos como polaritones de fonones, fueron obtenidos por Kirill Tolpygo en 1950 [3] [4] e independientemente por Huang Kun en 1951. [5] [6] Las interacciones colectivas fueron publicadas por David Pines y David Bohm en 1952, y los plasmones fueron descritos en plata por Herbert Fröhlich y H. Pelzer en 1955.

R. H. Ritchie predijo los plasmones de superficie en 1957, luego Ritchie y HB Eldridge publicaron experimentos y predicciones de fotones emitidos desde láminas metálicas irradiadas en 1962. Otto publicó por primera vez sobre plasmones de superficie-polaritones en 1968. [7] La ​​superfluidez a temperatura ambiente de los polaritones fue observada en 2016 por Giovanni Lerario et al., en el Instituto de Nanotecnología CNR NANOTEC , utilizando una microcavidad orgánica que soporta excitones-polaritones de Frenkel estables a temperatura ambiente. [8]

En 2018, los científicos informaron el descubrimiento de una nueva forma de luz de tres fotones , que puede involucrar polaritones y podría ser útil en las computadoras cuánticas . [9] [10]

En 2024, los investigadores informaron sobre un acoplamiento ultrafuerte de la capa de PEPI en una microcavidad Fabry-Pérot que consta de dos espejos parcialmente reflectantes. La capa de PEPI es una perovskita bidimensional hecha de (PEA)2PbI4 ( yoduro de plomo y fenetilamonio ). La colocación de una capa de PEPI dentro de una microcavidad Fabry-Pérot forma polaritones y permite el control de la aniquilación excitón-excitón, lo que aumenta la eficiencia de la célula solar y la intensidad de la ED. [11]

Tipos

Un polaritón es el resultado de la combinación de un fotón con una excitación polar en un material. Los tipos de polaritones son los siguientes:

Véase también

Referencias

  1. ^ "Polariton". Diccionario de inglés Lexico UK . Oxford University Press . Archivado desde el original el 17 de enero de 2021.
  2. ^ Tonks, Lewi; Langmuir, Irving (1 de febrero de 1929). "Oscilaciones en gases ionizados". Physical Review . 33 (2): 195–210. Bibcode :1929PhRv...33..195T. doi :10.1103/PhysRev.33.195. PMC 1085653 . 
  3. ^ ab Tolpygo, KB (1950). "Propiedades físicas de una red de sal de roca formada por iones deformables". Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki (J. Exp. Theor. Phys.) . 20 (6): 497–509, en ruso.
  4. ^ ab KB Tolpygo, "Propiedades físicas de una red de sal de roca formada por iones deformables", Zh. Eks.Teor. Fiz . vol. 20, núm. 6, págs. 497–509 (1950), traducción al inglés: Ukrainian Journal of Physics , vol. 53, número especial (2008); "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2015-12-08 . Consultado el 2015-10-15 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  5. ^ Huang, Kun (1951). "Vibraciones reticulares y ondas ópticas en cristales iónicos". Nature . 167 (4254): 779–780. Código Bibliográfico :1951Natur.167..779H. doi :10.1038/167779b0. S2CID  30926099.
  6. ^ Huang, Kun (1951). "Sobre la interacción entre el campo de radiación y los cristales iónicos". Actas de la Royal Society de Londres . A. 208 (1094): 352–365. Bibcode :1951RSPSA.208..352H. doi :10.1098/rspa.1951.0166. S2CID  97746500.
  7. ^ Otto, A. (1968). "Excitación de ondas de plasma superficiales no radiactivas en plata mediante el método de reflexión total frustrada". Z. Phys . 216 (4): 398–410. Bibcode :1968ZPhy..216..398O. doi :10.1007/BF01391532. S2CID  119934323.
  8. ^ Lerario, Giovanni; Fieramosca, Antonio; Barachati, Fabio; Ballarini, Darío; Daskalakis, Konstantinos S.; Dominici, Lorenzo; De Giorgi, Milena; Maier, Stefan A.; Gigli, Giuseppe; Kena-Cohen, Stéphane; Sanvitto, Daniele (2017). "Superfluidez a temperatura ambiente en un condensado de polariton". Física de la Naturaleza . 13 (9): 837–841. arXiv : 1609.03153 . Código Bib : 2017NatPh..13..837L. doi : 10.1038/nphys4147. S2CID  119298251.
  9. ^ Hignett, Katherine (16 de febrero de 2018). «La física crea una nueva forma de luz que podría impulsar la revolución de la computación cuántica». Newsweek . Consultado el 17 de febrero de 2018 .
  10. ^ Liang, Qi-Yu; et al. (16 de febrero de 2018). "Observación de estados ligados de tres fotones en un medio cuántico no lineal". Science . 359 (6377): 783–786. arXiv : 1709.01478 . Bibcode :2018Sci...359..783L. doi :10.1126/science.aao7293. PMC 6467536 . PMID  29449489. 
  11. ^ Daugherty, Justin (9 de agosto de 2024). "Juntos somos más fuertes: acoplando excitones a polaritones para obtener mejores células solares y LED de mayor intensidad". CleanTechnica . Departamento de Energía de EE. UU. Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Consultado el 12 de octubre de 2024 .
  12. ^ Fox, Mark (2010). Propiedades ópticas de los sólidos (2.ª edición). Oxford University Press . pág. 107. ISBN 978-0199573370.
  13. ^ Eradat, N.; et al. (2002). "Evidencia de excitaciones de braggoritón en cristales fotónicos de ópalo infiltrados con colorantes altamente polarizables". Appl. Phys. Lett . 80 (19): 3491. arXiv : cond-mat/0105205 . Bibcode :2002ApPhL..80.3491E. doi :10.1063/1.1479197. S2CID  119077076.
  14. ^ Yuen-Zhou, Joel; Saikin, Semion K.; Zhu, Tony; Onbasli, Mehmet C.; Ross, Caroline A.; Bulovic, Vladimir; Baldo, Marc A. (9 de junio de 2016). "Puntos de Dirac de Plexciton y modos topológicos". Nature Communications . 7 : 11783. arXiv : 1509.03687 . Bibcode :2016NatCo...711783Y. doi :10.1038/ncomms11783. ISSN  2041-1723. PMC 4906226 . PMID  27278258. 
  15. ^ Kauch, A.; et al. (2020). "Excitaciones ópticas genéricas de sistemas correlacionados: pi-tones". Phys. Rev. Lett . 124 (4): 047401. arXiv : 1902.09342 . Código Bibliográfico :2020PhRvL.124d7401K. doi :10.1103/PhysRevLett.124.047401. PMID  32058776. S2CID  119215630.
  16. ^ Klingshirn, Claus F. (6 de julio de 2012). Óptica semiconductora (4 ed.). Saltador. pag. 105.ISBN​ 978-364228362-8.

Lectura adicional

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