Negatiivista massaa ja neliulotteista fysiikkaa

Rochesterin yliopiston tutkijat ovat onnistuneet luomaan hiukkasia, joilla on negatiivinen massa atomisen ohuella puolijohteella, aiheuttaen sen vuorovaikuttavan rajatun valon kanssa optisessa mikrokaviteetissa.

Tämä yksinään on jo ”mielenkiintoinen ja jännittävä fysiikan näkökulmasta”, sanoo kvanttioptiikan ja kvanttifysiikan dosentti Nick Vamivakas. "Mutta osoittautuu, että luomamme laite tuo esiin myös tavan tuottaa laservaloa vähitellen pienenevällä käyttöteholla".

Laite koostuu kahdesta peilistä muodostuvasta optisesta mikrokaviteetista, jonne tutkijat sijoittivat atomisen ohuen molybdeeni-diselenidi puolijohteen.

Puolijohde sijoitettiin siten, että sen vuorovaikutus rajatun valon kanssa tuotti puolijohteesta eksitoneja, jotka yhdistyivät fotonien kanssa polaritonien muodostamiseksi.

"Aiheuttaen eksitonin luopua osasta sen identiteettinsä fotonille luoda polaritoni päädymme objektiin, johon liittyy negatiivinen massa". Muut tutkimusryhmät ovat tehneet kokeita samanlaisilla laitteilla, toteaa Vamivakas, mutta tämä on ensimmäinen laite, jolla tuotetaan negatiivisia massoja.

Penn Staten, ETH Zürichin, Pittsburghin yliopiston ja israelilaisen Holon Institute of Technologyn kokoama tutkijaryhmä on osoittanut, että valohiukkasten käyttäytyminen voidaan tehdä vastaamaan ennusteita neliulotteisesta versiosta kvantti Hall -vaikutuksesta.

Täten he ovat ensimmäistä kertaa rakentaneet kaksiulotteisen kokeilujärjestelmän, jonka avulla voi tutkia materiaalien fysikaalisia ominaisuuksia, jotka teoretisoituvat olemassa olevaksi vain neliulotteisina.

Tutkijat osoittivat, että neliulotteisen kvantti-Hall fysiikka voidaan emuloida käyttämällä fotoneja, jotka kulkevat lasisen aaltojohdematriisin läpi.

Löytö on enemmän tieteellinen mutta tutkijat arvelevat, että korkeamman ulottuvuuden fysiikkaa voitaisiin käyttää suunnitteluperiaatteena uudenlaisille fotoniikkalaitteille.

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat löysivät kiraalisia fononeja