Ułatwienia dostępu

2019-11-08
Osiągnięcia

Masywne fotony w sztucznym polu magnetycznym

Science 366, 727 (2019)

Masywne fotony w sztucznym polu magnetycznym

Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i studenci Inżynierii Nanostruktur UW razem z naukowcami z Wojskowej Akademii Technicznej, Instytutu Fizyki PAN oraz Uniwersytetu w Southampton (Wielka Brytania) i Skolkovo Institute of Science and Technology (Federacja Rosyjska), stworzyli quasi-dwuwymiarowy układ cienką wnękę optyczną wypełnioną ciekłym kryształem w którym uwięzili fotony o zadziwiających właściwościach.

Znajdujące się w takiej wnęce fotony zachowują się bowiem jak cząstki obdarzone masą. Takie kwazicząstki obserwowano już wcześniej, jednak trudno było nimi manipulować, gdyż pole elektryczne lub magnetyczne nie oddziaływuje ze światłem. Tym razem zauważono, że podczas sterowania orientacją anizotropowych molekuł materiału ciekłokrystalicznego we wnęce uwięzione tam fotony zachowywały się tak jak kwazicząstki obdarzone momentem magnetycznym, czyli spinem, poddane działaniu sztucznego pola magnetycznego.

Zachowanie światła w badanym układzie najłatwiej zrozumieć poprzez analogię do zachowania elektronów w materii skondensowanej. Ściśle mówiąc, elektrony w krysztale tworzą bardzo skomplikowany, oddziałujący ze sobą i siecią krystaliczną układ, którego opis jest możliwy dzięki wprowadzeniu pojęcia kwazicząstek. Ich ładunek, spin, masa i inne właściwości zależą od symetrii kryształu oraz od wymiaru przestrzennego, dzięki czemu fizycy mogą kreować quasi-wszechświaty pełne egzotycznych kwazicząstek. Bezmasowy elektron w grafenie jest jednym z takich przykładów. Równania opisujące dynamikę fotonów uwięzionych we wnęce przypominają równania ruchu elektronów ze spinem obserwuje się analogiczne sprzężenia ruchu (pędu) i spinu elektronu jak pędu i polaryzacji fotonu. Autorzy pracy,  opublikowanej w Science [1], Katarzyna Rechcińska, Mateusz Król, Rafał Mazur, Przemysław Morawiak, Rafał Mirek, Karolina Łempicka, Witold Bardyszewski, Michał Matuszewski, Przemysław Kula, Wiktor Piecek, Pavlos G. Lagoudakis, Barbara Piętka i Jacek Szczytko,   zbudowali układ fotoniczny, który doskonale imituje właściwości elektroniczne i prowadzi do wielu zaskakujących efektów fizycznych. Dr hab. Michał Matuszewski z Instytutu Fizyki PAN był odpowiedzialny za opis teoretyczny doświadczeń, w tym wyjaśnienie dlaczego fotony posiadają polaryzację prowadzącą do powstania sztucznego "pola magnetycznego".

Odkrycie nowych zjawisk towarzyszących uwięzieniu światła w anizotropowych optycznie wnękach może umożliwić realizację nowych urządzeń optoelektronicznych, np. optycznych sieci neuronowych i wykonywanie obliczeń neuromorficznych. Szczególnie obiecująca jest perspektywa wytworzenia we wnękach unikalnego kwantowego stanu materii tzw. kondensatu Bosego Einsteina. Taki kondensat będzie można zastosować do obliczeń i symulacji kwantowych, czyli rozwiązywania problemów, które są zbyt trudne dla współczesnych komputerów. Mamy nadzieję, że zbadane zjawiska będą podstawą nowych rozwiązań technicznych i źródłem dalszych odkryć naukowych.


Prace naukowe

Katarzyna Rechcińska, Mateusz Król, Rafał Mazur, Przemysław Morawiak, Rafał Mirek, Karolina Łempicka, Witold Bardyszewski, Michał Matuszewski, Przemysław Kula, Wiktor Piecek, Pavlos G. Lagoudakis, Barbara Piętka, and Jacek Szczytko

Kontakt do naukowców w IF PAN



Zobacz więcej

Charge dopants control quantum spin Hall materials

Physical Review Letters 130, 086202 (2023)

Unlike in the quantum Hall effect and quantum anomalous Hall effect, the quantization precision in the quantum spin Hall effect depends on unavoidable background impurities and defects. However, doping with magnetic ions restores the quantization accuracy.

Osadzanie magnetycznych powłok o unikalnej strukturze na nanodrutach InAs i InAs1−xSbx

Nano Letters 22, 8925 (2022)

Otrzymane struktury mogą służyć jako platforma dla otrzymania stanów jednowymiarowych ze złamaną symetrią odwrócenia w czasie, w tym także stanów nadprzewodnictwa topologicznego.

An artificial polariton neuron as a step towards photonic systems that mimic the operation of the human brain

 Laser & Photonics Reviews 2100660 (2022)

Scientists from the Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, and the Faculty of Physics at the University of Warsaw used photons to create a spiking neuron, i.e. the basic element of the future photonic neural network processor.
Zapamiętaj ustawienia
Ustawienia plików cookies
Do działania oraz analizy naszej strony używamy plików cookies i podobnych technologii. Pomagają nam także zrozumieć w jaki sposób korzystasz z treści i funkcji witryny. Dzięki temu możemy nadal ulepszać i personalizować korzystanie z naszego serwisu. Zapewniamy, że Twoje dane są u nas bezpieczne. Nie przekazujemy ich firmom trzecim. Potwierdzając tę wiadomość akceptujesz naszą Politykę plików cookies.
Zaznacz wszystkie zgody
Odrzuć wszystko
Przeczytaj więcej
Essential
Te pliki cookie są potrzebne do prawidłowego działania witryny. Nie możesz ich wyłączyć.
Niezbędne pliki cookies
Te pliki cookie są konieczne do prawidłowego działania serwisu dlatego też nie można ich wyłączyć z tego poziomu, korzystanie z tych plików nie wiąże się z przetwarzaniem danych osobowych. W ustawieniach przeglądarki możliwe jest ich wyłączenie co może jednak zakłócić prawidłowe działanie serwisu.
Akceptuję
Analityczne pliki cookies
Te pliki cookie mają na celu w szczególności uzyskanie przez administratora serwisu wiedzy na temat statystyk dotyczących ruchu na stronie i źródła odwiedzin. Zazwyczaj zbieranie tych danych odbywa się anonimowo.
Google Analytics
Akceptuję
Odrzucam