Awọn onimo ijinlẹ sayensi ṣe ijabọ dida awọn polaritons-igbi ọrọ ni lattice opiti kan, iwadii esiperimenta ti o fun laaye awọn iwadii ti imọ-jinlẹ aarin ati apẹrẹ imọ-ẹrọ nipasẹ kikopa kuatomu taara nipa lilo awọn ọta ultracold.
Awari ti Matter-Wave Polaritons Titun Imọlẹ Tuntun lori Awọn Imọ-ẹrọ Kuatomu Photonic
Iwadi ti a tẹjade ninu iwe akọọlẹ Iseda Fisiksi n pese ipilẹ aramada fun 'iyika kuatomu keji.'
Idagbasoke ti awọn iru ẹrọ idanwo ti o ni ilọsiwaju aaye ti imọ-jinlẹ ati imọ-ẹrọ kuatomu (QIST) wa pẹlu eto alailẹgbẹ ti awọn anfani ati awọn italaya ti o wọpọ si eyikeyi imọ-ẹrọ pajawiri. Awọn oniwadi ni Ile-ẹkọ giga Stony Brook, ti Dominik Schneble, PhD ṣe itọsọna, ṣe ijabọ dida awọn polaritons-igbi ọrọ ni lattice opiti kan, iwadii esiperimenta ti o fun laaye awọn iwadii ti paragim QIST aarin nipasẹ kikopa taara taara lilo awọn ọta ultracold. Awọn onimọ-jinlẹ naa ṣe akanṣe pe awọn ipin aramada aramada wọn, eyiti o ṣe afiwe awọn fọto ibaramu ni agbara ni awọn ohun elo ati awọn ẹrọ ṣugbọn yika diẹ ninu awọn italaya atorunwa, yoo ni anfani siwaju idagbasoke ti awọn iru ẹrọ QIST ti o ṣetan lati yi iširo ati imọ-ẹrọ ibaraẹnisọrọ.
Awọn awari iwadi naa jẹ alaye ninu iwe ti a tẹjade ninu iwe akọọlẹ Fisiksi iseda.
Iwadi na tan imọlẹ lori awọn ohun-ini polariton ipilẹ ati awọn iṣẹlẹ ti ara pupọ ti o ni ibatan, ati pe o ṣii awọn aye tuntun fun awọn iwadii ti ọrọ kuatomu polaritonic.
Ipenija pataki kan ni sisẹ pẹlu awọn iru ẹrọ QIST ti o da lori photon ni pe lakoko ti awọn photon le jẹ awọn gbigbe ti o dara julọ ti alaye kuatomu wọn ko ṣe ibaraenisọrọ deede pẹlu ara wọn. Aisi iru awọn ibaraẹnisọrọ bẹẹ tun ṣe idiwọ paṣipaarọ iṣakoso ti alaye kuatomu laarin wọn. Awọn onimo ijinle sayensi ti wa ọna kan ni ayika eyi nipa sisọ awọn photons pọ si awọn igbadun ti o wuwo ni awọn ohun elo, nitorina o ṣe awọn polaritons, chimera-bi hybrids laarin ina ati ọrọ. Awọn ikọlu laarin awọn iwọn kuasiparticles wuwo wọnyi lẹhinna jẹ ki o ṣee ṣe fun awọn photon lati ṣe ibaraṣepọ daradara. Eyi le jẹ ki imuse ti awọn iṣẹ ẹnu-ọna kuatomu ti o da lori photon ati nikẹhin ti gbogbo awọn amayederun QIST kan.
Bibẹẹkọ, ipenija nla kan ni igbesi aye to lopin ti awọn polaritons ti o da lori photon nitori isọpọ radiative wọn si ayika, eyiti o yori si ibajẹ lẹẹkọkan ati isọkuro ti a ko ṣakoso.
Itumọ iṣẹ ọna ti awọn awari iwadii ninu iwadi polariton ṣe afihan awọn ọta ti o wa ninu lattice opiti ti o n ṣe ipele idabobo (osi); awọn ọta ti o yipada si awọn polaritons igbi ọrọ-ọrọ nipasẹ isọpọ igbale ti o ni ilaja nipasẹ itankalẹ makirowefu ti o jẹ aṣoju nipasẹ awọ alawọ ewe (aarin); polaritons di alagbeka ati ṣiṣe ipele superfluid kan fun isọpọ igbale ti o lagbara (ọtun). Kirẹditi: Alfonso Lanuza/Schneble Lab/Stony Brook University.
Gẹgẹbi Schneble ati awọn ẹlẹgbẹ, iwadi wọn ti a tẹjade ti polariton yika iru awọn idiwọn ti o fa nipasẹ ibajẹ lairotẹlẹ patapata. Awọn ẹya photon ti awọn polaritons wọn ni a gbe ni kikun nipasẹ awọn igbi ọrọ atomiki, eyiti iru awọn ilana ibajẹ aifẹ ko si tẹlẹ. Ẹya yii ṣii iraye si awọn ijọba paramita ti kii ṣe, tabi ko sibẹsibẹ, iraye si ni awọn eto polaritonic ti o da lori photon.
“Ilọsiwaju ti awọn ẹrọ kuatomu ti jẹ gaba lori ọgọrun ọdun to kọja, ati pe 'Iyika kuatomu keji' si idagbasoke QIST ati awọn ohun elo rẹ ti wa ni bayi daradara ni ayika agbaye, pẹlu ni awọn ile-iṣẹ bii IBM, Google ati Amazon,” ni Schneble sọ, Ojogbon ni Sakaani ti Fisiksi ati Aworawo ni College of Arts and Sciences. “Iṣẹ wa ṣe afihan diẹ ninu awọn ipa imọ-ẹrọ kuatomu ipilẹ ti o jẹ iwulo fun awọn eto kuatomu photonic pajawiri ni QIST ti o wa lati awọn nanophotonics semikondokito si kuatomu elekitiromika Circuit.”
Awọn oniwadi Stony Brook ṣe awọn idanwo wọn pẹlu pẹpẹ ti o nfihan awọn ọta ultracold ninu lattice opiti, iwo-ẹyin-bi ala-ilẹ ti o ni agbara ti o ṣẹda nipasẹ awọn igbi ina ti o duro. Lilo ohun elo igbale igbẹhin ti o nfihan ọpọlọpọ awọn ina lesa ati awọn aaye iṣakoso ati ṣiṣe ni iwọn otutu nanokelvin, wọn ṣe imuse oju iṣẹlẹ kan ninu eyiti awọn ọta ti o ni idẹkùn ninu ọfin “imura” funrara wọn pẹlu awọn awọsanma ti awọn inudidun igbale ti a ṣe ti ẹlẹgẹ, awọn igbi ọrọ evanescent.
Ẹgbẹ naa rii pe, bi abajade, awọn patikulu polaritonic di pupọ diẹ sii alagbeka. Awọn oniwadi naa ni anfani lati ṣe iwadii eto inu wọn taara nipa gbigbọn rọra, nitorinaa wọle si awọn ifunni ti awọn igbi ọrọ naa ati itara atomiki latissi. Nigba ti o ba wa ni nikan, ọrọ-igbi polaritons hop nipasẹ awọn latissi, nlo pẹlu kọọkan miiran, ati ki o dagba idurosinsin awọn ipele ti quasiparticle ọrọ.
“Pẹlu idanwo wa a ṣe kikopa kuatomu ti eto exciton-polariton ni ijọba aramada,” Schneble salaye. “Iwadii lati ṣe iru bẹ analogue’ simulations, which in addition areafọwọṣe' ni ori pe awọn paramita ti o yẹ ni a le pe ni ọfẹ, funrararẹ jẹ itọsọna pataki laarin QIST. ”
Itọkasi: “Idasile ti awọn polaritons-igbi ọrọ ni lattice opiti” nipasẹ Joonhyuk Kwon, Youngshin Kim, Alfonso Lanuza ati Dominik Schneble, 31 Oṣu Kẹta 2022, Fisiksi iseda.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Iwadii Stony Brook pẹlu awọn ọmọ ile-iwe mewa Joonhyuk Kwon (Lọwọlọwọ postdoc kan ni Ile-iṣẹ Orilẹ-ede Sandia), Youngshin Kim, ati Alfonso Lanuza.
Iṣẹ naa jẹ agbateru nipasẹ National Science Foundation (ifunni # NSF PHY-1912546) pẹlu awọn owo afikun lati Ile-iṣẹ SUNY fun Imọ-jinlẹ Alaye Quantum lori Long Island.
