Araştırmacılar ilk kez yeniden yapılandırılabilir bir polariton 2D yarı kristal yarattılar. Skolkovo Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (Skoltech) ekip, İzlanda Üniversitesi, Varşova Üniversitesi ve Rusya Bilimler Akademisi Spektroskopi Enstitüsü’nden meslektaşlarıyla işbirliği içinde, maddenin bu benzersiz durumunun uzun menzilli düzen ve yeni bir tür faz senkronizasyonu sergilediğini ve periyodik olmayan süper katılar ve süper akışkanlık gibi egzotik fenomenlere yönelik araştırmalar için yeni yollar açtığını gösterdi. ayarlar.
Yayınlanan atılım Bilim Gelişmelerikısmen ışık ve kısmen madde olan eksiton-polaritonlar (hibrit yarı parçacıklar) kullanılarak elde edildi. Ekip, bu polaritonları, beş katlı simetriye sahip ünlü periyodik olmayan bir desen olan Penrose döşemesinde düzenleyerek, geleneksel periyodik kristallerde görülen hiçbir şeye benzemeyen, bireysel düğümlerin basit olmayan bir şekilde senkronize edildiği makroskobik tutarlı bir durumun ortaya çıkışını gözlemledi.
Periyodik olmayanın cazibesi
1984 yılında Dan Shechtman’ın daha sonra Nobel Ödülü’nü kazandığı tartışmalı keşfinden bu yana, yarı kristaller bilim adamlarını büyüledi. Paradoksal bir yapıya sahiptirler: Sıradan kristallerin tekrar eden deseninden yoksundurlar ancak katı, uzun menzilli bir düzen sergilerler. Yarı kristallerin benzersiz yapısı, kızartma tavaları ve tıraş bıçakları için son derece dayanıklı, yapışmaz kaplamalar oluşturmak ve bunların çok daha uzun süre dayanmasını sağlamak için kullanılabilir. Gelecekte, yarı kristaller binalar için daha verimli yalıtıma ve aydınlatma için gelişmiş LED teknolojilerine yol açabilir.
Temel bir bakış açısına göre yarı kristaller, fraktal enerji spektrumlarını ve ışığın Anderson lokalizasyonu gibi sıra dışı dalga taşıma özelliklerini ortaya koyuyor. Çeşitli elektronik, fotonik ve atomik sistemlerde incelenirken, bunların dengesiz, lazerle çalışan kuantum sıvısındaki davranışları şimdiye kadar büyük ölçüde keşfedilmemiş olarak kaldı.
Deney: Işıkla resim yapmak
Skoltech araştırmacıları yarı kristallerini oluşturmak için karmaşık bir optik teknik kullandılar. Kalın ve ince eşkenar dörtgenlerden oluşan bir Penrose döşeme desenini yarı iletken bir mikro boşluk örneğine yansıtmak için uzaysal ışık modülatörüyle bir lazer ışını şekillendirdiler. Bir dizi pompa noktasının yarı iletken malzeme üzerine bu “baskılanması”, etkileşimli polaritonlar için potansiyel bir manzara yaratır.
Lazer gücü belirli bir eşiğin üzerine çıkarıldığında döşemenin her düğümünde eksiton-polariton yoğunlaşmaları oluştu. Hibrit doğalarından dolayı, bu yoğunlaşmalar lazer tarafından pompalanan noktalarda lokalize olmazlar ancak numune boyunca balistik olarak akarak birbirleriyle etkileşime girebilir ve müdahale edebilirler. Lazer gücüne, düğüm sayısına ve aralarındaki mesafeye ince ayar yaparak araştırmacılar, periyodik olmayan ortamlarda polariton sistemi üzerinde hassas kontrol elde ettiler.
Uzun menzilli düzen ve önemsiz aşamalar
Ekibin en çarpıcı gözlemi, tek bir yoğunlaşmanın boyutundan 100 kat daha büyük mesafelere uzanan, periyodik olmayan yapının tamamı boyunca makroskobik tutarlılığın kendiliğinden oluşmasıydı. Uzun menzilli düzenin ortaya çıkışı, momentum uzayı fotolüminesansında keskin, on kat simetrik Bragg tepelerinin ortaya çıkmasıyla doğrulandı; bu, yarı kristal düzenin açık bir işaretidir.
Ayrıca hassas bir interferometri tekniği kullanarak araştırmacılar, yoğunlaşmalar arasındaki göreceli fazların haritasını ölçtüler. Periyodik kafeslerde görülmeyen bir olay olan, düğümlerin ne mükemmel şekilde aynı fazda ne de tamamen faz dışı olan faz farklılıklarıyla senkronize olduğunu keşfettiler. Bu “önemsiz olmayan faz kilitlemesi”, Penrose döşemesinin karmaşık, periyodik olmayan ortamının doğrudan bir sonucudur.
Makalenin ilk yazarı ve Skoltech Fotonik Merkezi’nde yardımcı doçent olan Sergey Alyatkin, “Sonuçlar tam anlamıyla güzel” dedi. “Penrose mozaiğinin farklı düğümlerinden gelen polaritonlar balistik olarak yayılıp etkileşime girdiğinden, mikro boşluk numunesinin düzleminde karmaşık bir girişim modeli bulduk.”
Yazarlar, uygulanan optik yaklaşımın, yakın zamanda matematikçiler tarafından keşfedilen periyodik olmayan bir monotilin daha fazla fiziksel olarak gerçekleştirilmesine yönelik bir yol açtığına inanıyor. Keşfedilen monotil, tüm düzlemi boşluk bırakmadan kaplamak için yalnızca tek bir karo şekline ihtiyaç duyuyor. Bu keşiften önce, 2 boyutlu bir yarı kristalin en az iki farklı fayans şekliyle döşenebileceğine inanılıyordu; prototip örnek, bu çalışmada gerçekleştirilen bir çift ince ve kalın eşkenar dörtgenden oluşan Penrose yarı kristalidir.
