Новое исследование описывает новый квантово-оптический метод исследования взаимодействий света и вещества в полупроводниках. Этот метод дает новое представление о твердотельных системах и технологиях квантовой фотоники.
Журнал/конференция: Физика природы
Ссылка на исследование (DOI): 10.1038/s41567-023-02322-x
Организация/и: Университет Маккуори, Центр Inria в Лионе, Франция, ENS Лион, Франция, Университет Париж-Сакле, Центр нанонаук и нанотехнологий, Палезо, Франция, INO-CNR Центр BEC и Отделение физического университета Тренто, И-Пово, Италия, MajuLab CNRS -UCA-SU-NUS-NTU Международное объединенное исследовательское подразделение Сингапура, Центр квантовых технологий Национального университета Сингапура
Спонсор: Центр передового опыта в области инженерных квантовых систем Австралийского исследовательского совета EQUS (CE170100009) Проект Европейского Союза H2020-FETFLAG-2018-2020 «PhoQuS» (n.820392) Автономная провинция Тренто и инициатива Q@TN Структура региона Париж-Иль-де-Франс DIM SIRTEQ Французская сеть RENATECH H2020 Проект FETFLAG PhoQus (820392) Проект QUANTERA Интерпол (ANR-QUAN-0003-05) Проект Европейского исследовательского совета ARQADIA (949730)
СМИ
От: Университет Маккуори
Международное сотрудничество, возглавляемое учеными Университета Маккуори, представило новый квантово-оптический метод, который может обеспечить беспрецедентный доступ к фундаментальным свойствам взаимодействия света и вещества в полупроводниках.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature Physics, используется новый спектроскопический метод для изучения взаимодействий между фотонами и электронами на квантовом уровне.
Профессор Томас Волц, соавтор исследования и руководитель исследовательской группы в Школе математических и физических наук Университета Маккуори, говорит, что работа может привести к прорыву в глобальном поиске доступных квантовых фотонных технологий.
«Мы разработали новую технику, которая использует излучательный квантовый каскад, при котором фотоны, хранящиеся в материале, перемещаются вниз по лестнице энергетических уровней, генерируемых при взаимодействии света и материи», — говорит профессор Фольц.
«Это верно, даже когда взаимодействия настолько слабы, что результирующие уровни энергии раньше были слишком близки, чтобы их можно было различить».
Эта способность более внимательно заглянуть в квантовый мир имеет огромный потенциал.
«Понимая, как эти крошечные частицы света работают вместе, мы получаем ценную информацию о квантовых свойствах твердых материалов, таких как полупроводники», — говорит профессор Фольц.
Методика команды, которую они назвали «фотонной каскадной корреляционной спектроскопией», сочетает в себе спектральную фильтрацию и фотонный корреляционный анализ для выявления взаимодействий между полупроводниково-экситон-поляритонами, которые представляют собой квазичастицы, состоящие как из фотонов (света), так и из вещества (экситонов). .
Соавтор доктор Лоренцо Скарпелли, бывший научный сотрудник Университета Маккуори, а ныне научный сотрудник Делфтского технологического университета в Нидерландах, говорит: «Фотонная каскадная корреляционная спектроскопия работает как микроскоп для фотонов.
«Мы создаем образ фотонов во времени, и это говорит нам, имеют ли они тенденцию путешествовать вместе или нет, а также позволяет нам извлечь информацию о силе их взаимодействия».
Он говорит, что новая техника команды позволила им обнаружить взаимодействия, включающие сложные связанные состояния трех или более частиц, которые ранее были только теоретическими.
Это открытие важно для квантовой оптики, поскольку оно позволяет ученым напрямую возбуждать и измерять определенные однофотонные переходы, позволяя им охарактеризовать тонкие квантовые эффекты нескольких частиц в твердотельных системах и идентифицировать материалы, которые могут хорошо работать в новых приложениях.
«Идет глобальный поиск материалов, которые позволят нам контролировать взаимодействие частиц света, чтобы мы могли создавать оптические транзисторы, очень быстрые оптические переключатели и выполнять обработку информации с помощью отдельных частиц света, а не с помощью электронов», — говорит профессор Волц.
«Материалом-основой наших экспериментов является арсенид галлия, но эту технику можно легко применить и к другим материалам, где мы можем ожидать увидеть аналогичные физические эффекты или поведение.
«Этот метод позволит нам получить ценную информацию о квантовых свойствах твердых материалов».