Onderzoekers aan de Aalto Universiteit, Finland, hebben een Bose-Einstein-condensaat van licht gecreëerd in combinatie met metaalelektronen, zogenaamde oppervlakteplasmonpolaritonen. Bijna 100 jaar geleden, Albert Einstein en Satyendra Nath Bose voorspelden dat de kwantummechanica een groot aantal deeltjes zou kunnen dwingen om zich samen te gedragen alsof ze slechts een enkel deeltje waren. Deze vorm van materie werd een Bose-Einstein-condensatie genoemd, en pas in 1995 creëerden onderzoekers het eerste condensaat van een gas van alkali-atomen.

Hoewel Bose-Einstein-condensaties in verschillende systemen zijn waargenomen, onderzoekers verleggen de grenzen van het fenomeen - naar snellere tijdschalen, hogere temperaturen, en kleinere maten. Naarmate het maken van deze condensaten gemakkelijker wordt, meer spannende routes open voor nieuwe technologische toepassingen. Nieuwe lichtbronnen, bijvoorbeeld, kan extreem klein zijn en een snelle informatieverwerking mogelijk maken.

Aalto-onderzoekers maakten gecondenseerde deeltjes van mengsels van licht en elektronen in beweging in gouden nanostaafjes die in een periodieke reeks waren gerangschikt. In tegenstelling tot de meeste eerdere experimentele Bose-Einstein-condensaten, het nieuwe condensaat hoeft niet te worden afgekoeld tot temperaturen rond het absolute nulpunt - omdat de deeltjes meestal licht zijn, de condensatie kan worden veroorzaakt in kamertemperatuur.

"De gouden nanodeeltjes-array is eenvoudig te maken met moderne nanofabricagemethoden. In de buurt van de nanostaafjes, licht kan worden geconcentreerd in kleine volumes, zelfs onder de golflengte van licht in vacuüm. Deze kenmerken bieden interessante perspectieven voor fundamentele studies en toepassingen van het nieuwe condensaat, " zegt Akademiehoogleraar Päivi Törmä.

De belangrijkste hindernis bij het verkrijgen van bewijs van het nieuwe soort condensaat is dat het extreem snel ontstaat." Volgens onze theoretische berekeningen, het condensaat vormt zich in slechts een picoseconde, ’, zegt promovendus Antti Moilanen.

"Hoe kunnen we ooit het bestaan ​​verifiëren van iets dat maar een biljoenste van een seconde duurt?"

Afstand in tijd veranderen

Een belangrijk idee was om het condensatieproces met een kick op gang te brengen, zodat de deeltjes die het condensaat vormen in beweging zouden komen.

"Terwijl het condensaat vorm aanneemt, het zal licht uitstralen door de hele gouden nanorod-array. Door het licht te observeren, we kunnen in de tijd volgen hoe de condensatie verloopt. Zo kunnen we afstand in tijd veranderen, ", legt stafwetenschapper Tommi Hakala uit.

Het licht dat het condensaat afgeeft is vergelijkbaar met laserlicht. "We kunnen de afstand tussen elke nanostaaf veranderen om te bepalen of Bose-Einstein-condensatie of de vorming van gewoon laserlicht optreedt. De twee zijn nauw verwante verschijnselen, en het kunnen onderscheiden daarvan is cruciaal voor fundamenteel onderzoek. Ze beloven ook verschillende soorten technologische toepassingen, " legt professor Törmä uit.

Zowel laserstraling als Bose-Einstein-condensatie zorgen voor heldere stralen, maar de samenhang van het licht dat ze bieden hebben verschillende eigenschappen. Deze, beurtelings, invloed hebben op de manieren waarop het licht kan worden afgestemd op de vereisten van een specifieke toepassing. Het nieuwe condensaat kan lichtpulsen produceren die extreem kort zijn en mogelijk hogere snelheden bieden voor informatieverwerking en beeldvormingstoepassingen. Akademiehoogleraar Törmä onderzoekt dergelijke perspectieven al.