Een door Monash geleide studie ontwikkelt een nieuwe benadering om direct gecorreleerde, veellichaamstoestanden in een exciton-polaritonsysteem die verder gaan dan klassieke theorieën.

De studie breidt het gebruik van de kwantumonzuiverheidstheorie uit, momenteel van groot belang voor de koude-atoomfysica gemeenschap, en zal toekomstige experimenten op gang brengen die veel-lichaamsquantumcorrelaties van microcavity-polaritonen aantonen.

Kwantumvloeistoffen verkennen

"Exciton-polaritonen bieden een speelplaats waarin men kwantumvloeistoffen op kamertemperatuur kan verkennen, en de nieuwe eigenschappen van niet-evenwichtssystemen met veel lichamen, ", zegt studieauteur A/Prof Meera Parish.

Echter, ondanks hun intrinsieke kwantumkarakter als superposities van materie en licht, meest recente resultaten kunnen worden beschreven door de fysica van niet-lineaire, klassieke golven.

De nieuwe studie laat zien hoe men voorbij de kwantumcorrelaties van het gemiddelde veld in een polaritonsysteem met veel lichamen kan onderzoeken door middel van kwantumonzuiverheidsfysica, waar een mobiele onzuiverheid wordt aangekleed door excitaties van een kwantummechanisch medium, waardoor een nieuw polaronisch quasideeltje wordt gevormd dat een gemiddelde veldbeschrijving tart.

"Het observeren van meer dan gemiddeld kwantumgecorreleerd gedrag met polaritons is een belangrijke mijlpaal in de richting van het gebruik van polaritons voor kwantumtechnologieën, " legt hoofdauteur Dr. Jesper Levinsen uit, die een ARC Future Fellow is en medewerker van A/Prof Parish in de School of Physics and Astronomy van Monash University.

Op het niveau van de weinige deeltjes, er is recentelijk vooruitgang geboekt bij het bereiken van een zwakke blokkade tegen ophoping en polariton in een vezelholte, waar opsluiting van fotonen niet-lineariteiten verbetert.

evenzo, complexe multidimensionale spectroscopie is gebruikt om kwantumcorrelaties te bestuderen. Echter, experimenten die voorbij het kwantumgecorreleerd gedrag van het gemiddelde veld op het niveau van veel lichamen aantonen, blijven nog steeds ongrijpbaar.

De studie biedt een alternatieve route om dergelijke correlaties te onderzoeken, gebruikmakend van pomp-sonde spectroscopie methoden, die al door experimenten zijn aangetoond.

"Onze bevindingen komen overeen met de resultaten van deze experimenten, maar laat zien dat experimenten tot nu toe het regime hebben gemist waar meerpunts kwantumcorrelaties te zien zijn, " zegt dr. Levinsen.

De studie

"Spectroscopische handtekeningen van quantum veel-lichaamscorrelaties in polaritons microcavities" werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven in december 2019.

Naast steun van de Australian Research Council (Centres of Excellence en Future Fellowship), financiële steun werd verleend door het Ministerio de Economia Competitividad (MINECO), de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) en de Simons Foundation, en het werk werd uitgevoerd in het Aspen Center for Physics.

Parish en Levinsen zijn theoretische natuurkundigen die het gedrag van grote groepen op elkaar inwerkende kwantumdeeltjes onderzoeken en wiskundig beschrijven. zoals atomen of elektronen, die exotisch gedrag kan vertonen, zoals superfluïditeit waar ze stromen zonder weerstand te ondervinden.

A/Prof Parish is de leidende huidige onderzoeker die bestudeert hoe dergelijk complex collectief gedrag voortkomt uit de eigenschappen van kleine groepen kwantumdeeltjes (een veld dat bekend staat als fysica van weinig lichamen).

Dit werk breidt onze fundamentele kennis van kwantumfysica uit in systemen variërend van koude atomaire gassen tot halfgeleiders in vaste toestand, en heeft het potentieel om een ​​nieuwe generatie van bijna-nulweerstand te ondersteunen, ultra-lage energie elektronische apparaten, gezocht door FLEET.