De meeste objecten reageren op voorspelbare manieren wanneer er kracht op wordt uitgeoefend, tenzij ze een 'negatieve massa' hebben. En dan reageren ze precies tegengesteld aan wat je zou verwachten.

Nu zijn onderzoekers van de Universiteit van Rochester erin geslaagd deeltjes met negatieve massa te creëren in een atomair dunne halfgeleider, door het te laten interageren met beperkt licht in een optische microholte.

Dit alleen al is "interessant en opwindend vanuit een natuurkundig perspectief, " zegt Nick Vamivakas, een universitair hoofddocent kwantumoptica en kwantumfysica aan het Rochester Institute of Optics. "Maar het blijkt ook dat het apparaat dat we hebben gemaakt een manier biedt om laserlicht te genereren met een stapsgewijs kleine hoeveelheid stroom."

Het apparaat, beschreven in Natuurfysica, bestaat uit twee spiegels die een optische microholte creëren, die het licht beperkt tot verschillende kleuren van het spectrum, afhankelijk van hoe de spiegels uit elkaar zijn geplaatst.

Onderzoekers in het laboratorium van Vamivakas, waaronder co-lead auteurs Sajal Dhara (nu met het Indian Institute of Technology) en Ph.D. student Chitraleema Chakraborty, ingebed een atomair dunne molybdeen diselenide halfgeleider in de microholte.

De halfgeleider was zo geplaatst dat de interactie met het opgesloten licht resulteerde in kleine deeltjes van de halfgeleider - excitonen genaamd - die zich combineerden met fotonen van het opgesloten licht om polaritonen te vormen.

"Door ervoor te zorgen dat een exciton een deel van zijn identiteit afstaat aan een foton om een ​​polariton te creëren, we eindigen met een object waaraan een negatieve massa is gekoppeld, " legt Vamivakas uit. "Dat is nogal een geestverruimend ding om over na te denken, want als je het probeert te duwen of te trekken, het zal in de tegenovergestelde richting gaan van wat je intuïtie je zou vertellen."

Andere onderzoeksgroepen hebben geëxperimenteerd met soortgelijke apparaten, Vamivakas zegt, maar dit is het eerste apparaat dat deeltjes met een negatieve massa produceert.

Hoewel toepassingen "nog onderweg zijn, " Vamivakas voegt toe, zijn lab zal blijven onderzoeken:

• Hoe het apparaat kan dienen als substraat voor het produceren van lasers. "Met de polaritonen die we met dit apparaat hebben gemaakt, het recept om een ​​laser te laten werken is totaal anders, " zegt Vamivakas. "Het systeem begint te laseren met een veel lagere energie-input" dan de traditionele lasers die nu in gebruik zijn.
• De fysieke implicaties van het creëren van negatieve massa in het apparaat. "We bedenken manieren om duwen en trekken toe te passen - misschien door een elektrisch veld over het apparaat aan te leggen - en vervolgens te bestuderen hoe deze polaritonen in het apparaat bewegen onder toepassing van externe kracht."