Вы находитесь:  / Наука и техника / Тополяритон – новая квазичастица, наполовину материя и наполовину свет

Тополяритон – новая квазичастица, наполовину материя и наполовину свет

Джил Рефаел, профессор теоретической физики и теории конденсированного вещества из Калифорнийского технологического института выдвинул обоснование возможности существования квазичастицы нового типа, тополяритона, которая является наполовину материей и наполовину светом.

Если в будущем ученые научаться создавать и управлять такими частицами, которые должны обладать целым рядом экзотических свойств, то это поможет улучшить эффективность множества типов фотоэлектрических приборов, оптических усилителей, фотогальванических ячеек солнечных батарей, сенсоров для камер, сканеров штрих-кодов и многое другое.

Квазичастицы, такие, как тополяритон, являются сложными образованиями, которые демонстрируют некоторые из свойств, присущих обычным элементарным частицам, таким, как электроны или кварки. Они возникают в результате резких изменений динамического состояния системы и существуют только в среде твердых материалов. К квазичастицам относятся фононы (группы атомов или молекул, совершающих синхронные колебания), солитоны (отдельные волновые пакеты, которые при перемещении сохраняют свою скорость и форму) и экситоны, состоящие из связанных в единое целое электрона и электронной дырки. И поглощение фотона света экситоном при некоторых условиях может привести к образованию новой квазичастицы, поляритона.

Электроны, движущиеся через полупроводниковые материалы, что используется во всей современной электронике и компьютерах, из-за электрического сопротивления материала теряют свою энергию, которая выделяется в виде нежелательного тепла. Со светом дело обстоит несколько иначе, однако в оптике существует несколько других причин потери уровня сигнала и связано это с нежелательным отражением и рассеиванием фотонов. Джил Рефаел утверждает, что использование тополяритонов, перемещающихся строго на границе полупроводникового материала, в качестве носителей сигнала позволит уменьшить затухание сигналов в электронных системах и увеличить стабильность фотонов в оптоэлектронных устройствах.

С точки зрения Джила Рефаела, тополяритоны представляют собой квазичастицы наподобие поляритонов, но которые способны перемещаться лишь по краям “потенциальных ям” в полупроводниковом материале. “Мы можем взять любой из известных полупроводников с известным значением ширины потенциального барьера и, применив особый метод возбуждения, дать начало образованию квазичастиц, состоящих из фотона, электрона и электронной дырки” – рассказывает Рефаел, – “А дополнительный фотон яркого света, поглощенный образовавшимся поляритоном, заставит его двигаться строго по краю потенциальной ямы системы, т.е. по границе полупроводникового материала. В данном случае взаимодействие света и материи порождает новые топологические квантовые состояния, которые не могут возникнуть естественным образом”.

Поскольку тополяритон обладают и свойством материи и свойством света одновременно, то управление ими может быть реализовано при помощи оптических отражателей или фотонных запрещенных зон, созданных в оптической среде, в которой обычные фотоны перемещаться не могут принципиально. Кроме этого, управление направлением движения тополяритонов может быть реализовано при помощи магнитного поля. “Все это позволит нам создавать экзотические оптические устройства, к примеру, односторонний фильтр, которые передает свет в одном направлении с минимальными потерями”.

Однако, переход от теории к практике будет достаточно долгим и тяжелым. “Нам придется создать принципиально новые виды интерфейсов между фотонным миром и электронным миров” – рассказывает Джил Рефаел, – “Главной проблемой будет создание односторонних волноводов для фотонов света видимого диапазона, но, мы надеемся решить это при помощи стандартных полупроводниковых технологий, в которых будут использоваться тополяритоны и которые будут выступать в качестве посредников между чисто оптическими и чисто фотонными элементами будущих оптоэлектронных устройств”.

Источник

Комментарии

Ваш email не будет опубликован. ( Обязательные поля помечены )

Новый анекдот

Лавров: встречи Путина с Трампом не планируется.

Трамп: встреча с президентом РФ планируется, но не с Путиным.

Для чего американцы строят в Очакове Центр морских операций ВМС

Для чего американцы строят в Очакове Центр морских операций ВМС

В Очакове после аннексии Крыма базируются корабли военного-морского флота Украины, поэтому оборона порта и защита черноморской акватории имеет стратегическое значение
Создан чип, который перепрограммирует клетки для лечения болезней

Создан чип, который перепрограммирует клетки для лечения болезней

Если новый способ окажется эффективным, его можно будет применять для лечения различных тканей, для восстановления тканей мозга, инсультов, болезней Альцгеймера…