Ученые создали квантовые торнадо в гибридной системе свет-материя
Гигантские квантовые торнадо в гибридной системе свет-материя дают представление о сложных физических явлениях, рассказали ученые, 17 июня сообщает Nature Communications.
Исследователям из Сколтеха и их коллегам из Великобритании удалось создать устойчивый гигантский вихрь во взаимодействующих конденсатах, решив известную проблему квантовой гидродинамики. Полученные результаты открывают возможности для создания уникально структурированных когерентных источников света и изучения физики многих тел в уникальных экстремальных условиях.
Профессора Сколтеха Наталья Берлофф и Павлос Лагудакис с коллегами изучали вихри, создаваемые поляритонами—странными гибридными квантовыми частицами, состоящими наполовину из света (фотон) и наполовину из вещества (электрон), -образующими квантовую жидкость при определенных условиях. Они искали способ создать вихри в этих поляритонных жидкостях с высокими значениями углового момента. Эти вихри, также известные как гигантские вихри, обычно очень трудно получить, поскольку они имеют тенденцию распадаться на множество меньших вихрей с низким угловым моментом в других системах.
Создание стабильных гигантских вихрей показывает, что неравновесные квантовые системы, такие как поляритонные конденсаты, могут преодолевать некоторые жесткие пределы своего термодинамического равновесного аналога, такого как бозе-эйнштейновские конденсаты холодных атомов. Контроль над завихренностью квантовой жидкости может открыть новые перспективы аналогового моделирования гравитации или динамики черных дыр в микроскопическом мире. Кроме того, конденсат поляритона непрерывно испускает фотоны, которые несут в себе все тонкости вихря, которые могут стать важными для хранения, распределения и обработки оптических данных.
«Образование стабильных по часовой стрелке или против часовой стрелки поляритонных токов по периметру наших полигонов можно рассматривать как результат геометрической фрустрации между конденсатами. Конденсаты взаимодействуют как осцилляторы, которые хотят быть в противофазе друг с другом. Но нечетный многоугольник не может удовлетворить этому фазовому соотношению из-за своей вращательной симметрии, и поэтому поляритоны соглашаются на следующую лучшую вещь, которая является вращающимся током», — говорит автор Тамсин Куксон.
