En la física , polaritones / p ə l ær ɪ t ɒ n z , p oʊ - / [1] son cuasi-partículas resultantes de fuerte acoplamiento de las ondas electromagnéticas con un eléctrico o magnético dipolo -Sacar de excitación. [ ejemplo necesario ] Son una expresión del fenómeno cuántico común conocido como repulsión de nivel , también conocido como el principio de cruce evitado . Los polaritones describen el cruce deldispersión de la luz con cualquier resonancia que interactúe . En este sentido, los polaritones también pueden pensarse como los nuevos modos normales de un material o estructura determinados que surgen del fuerte acoplamiento de los modos desnudos, que son el fotón y la oscilación dipolar. El polaritón es una cuasipartícula bosónica y no debe confundirse con el polarón ( uno fermiónico ), que es un electrón más una nube de fonones adjunta .
Siempre que la imagen de polariton es válida (es decir, cuando el límite de acoplamiento débil es una aproximación inválida), el modelo de fotones que se propagan libremente en cristales es insuficiente. Una característica importante de los polaritones es una fuerte dependencia de la velocidad de propagación de la luz a través del cristal de la frecuencia del fotón. Para excitones-polaritones, se han obtenido ricos resultados experimentales en varios aspectos en el óxido de cobre (I) .
Historia
Tonks y Langmuir observaron oscilaciones en gases ionizados en 1929. [2] Los polaritones fueron considerados por primera vez teóricamente por Tolpygo . [3] [4] Fueron denominados excitones de luz en la literatura científica soviética. Pekar sugirió ese nombre , pero se adoptó el término polariton propuesto por Hopfield . Los estados acoplados de ondas electromagnéticas y fonones en cristales iónicos y su relación de dispersión, ahora conocidos como polaritones fonónicos, fueron obtenidos por Tolpygo en 1950 [3] [4] e, independientemente, por Huang en 1951. [5] [6] Interacciones colectivas fueron publicados por Pines y Bohm en 1952, y los plasmones fueron descritos en plata por Fröhlich y Pelzer en 1955. Ritchie predijo los plasmones de superficie en 1957, luego Ritchie y Eldridge publicaron experimentos y predicciones de fotones emitidos por láminas de metal irradiadas en 1962. Otto publicó por primera vez en la superficie de plasmones-polaritones en 1968. [7] La superfluidez de polaritones a temperatura ambiente fue observada [8] en 2016 por Giovanni Lerario et al., en el Instituto de Nanotecnología CNR NANOTEC , utilizando una microcavidad orgánica que soporta excitones-polaritones de Frenkel estables en la habitación temperatura. En febrero de 2018, los científicos informaron sobre el descubrimiento de una nueva forma de luz de tres fotones , que puede involucrar polaritones, que podría ser útil en el desarrollo de computadoras cuánticas . [9] [10]
Tipos
Un polaritón es el resultado de la mezcla de un fotón con una excitación polar en un material. Los siguientes son tipos de polaritones:
- Los polaritones de fonón resultan del acoplamiento de un fotón infrarrojo con un fonón óptico ;
- Los polaritones de excitón resultan del acoplamiento de la luz visible con un excitón ; [11]
- Los polaritones entre subbandas resultan del acoplamiento de un fotón infrarrojo o de terahercios con una excitación entre subbandas ;
- Los polaritones de plasmones superficiales resultan del acoplamiento de plasmones superficiales con la luz (la longitud de onda depende de la sustancia y su geometría);
- Los polaritones de Bragg ("Braggoritons") resultan del acoplamiento de los modos de fotones de Bragg con excitones en masa ; [12]
- Los plexcitones resultan del acoplamiento de plasmones con excitones; [13]
- Los polaritones de Magnon son el resultado del acoplamiento de Magnon con la luz;
- pi-toneladas resultan del acoplamiento de cargas alternas o fluctuaciones de espín con luz, claramente diferente de los polaritones magnones o excitones; [14]
- Polaritones de cavidad. [15]
Ver también
- Coherencia atómica
- Láser polariton
- Superfluido de polariton
- Polaritónica
Referencias
- ^ "Polariton" . Diccionario de Oxford Dictionaries del Reino Unido . Prensa de la Universidad de Oxford . Consultado el 21 de enero de 2016 .
- ^ Tonks, Lewi; Langmuir, Irving (1 de febrero de 1929). "Oscilaciones en gases ionizados". Revisión física . 33 (2): 195–210. Código Bibliográfico : 1929PhRv ... 33..195T . doi : 10.1103 / PhysRev.33.195 .
- ^ a b Tolpygo, KB (1950). "Propiedades físicas de una red de sal gema formada por iones deformables". Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki (J. Exp. Theor. Phys.) . 20 (6): 497–509, en ruso.
- ^ a b K.B. Tolpygo, "Propiedades físicas de una red de sal gema formada por iones deformables", Zh. Eks.Teor. Fiz . vol. 20, núm. 6, págs. 497–509 (1950), traducción al inglés: Ukrainian Journal of Physics , vol. 53, número especial (2008); "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 8 de diciembre de 2015 . Consultado el 15 de octubre de 2015 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Huang, Kun (1951). "Vibraciones de celosía y ondas ópticas en cristales iónicos". Naturaleza . 167 (4254): 779–780. Código Bibliográfico : 1951Natur.167..779H . doi : 10.1038 / 167779b0 . S2CID 30926099 .
- ^ Huang, Kun (1951). "Sobre la interacción entre el campo de radiación y los cristales iónicos". Actas de la Royal Society of London . A. 208 (1094): 352–365. Código bibliográfico : 1951RSPSA.208..352H . doi : 10.1098 / rspa.1951.0166 . S2CID 97746500 .
- ^ Otto, A. (1968). "Excitación de ondas de plasma superficiales no radiativas en plata por el método de reflexión total frustrada". Z. Phys . 216 (4): 398–410. Código Bibliográfico : 1968ZPhy..216..398O . doi : 10.1007 / BF01391532 . S2CID 119934323 .
- ^ Lerario, Giovanni; Fieramosca, Antonio; Barachati, Fábio; Ballarini, Dario; Daskalakis, Konstantinos S .; Dominici, Lorenzo; De Giorgi, Milena; Maier, Stefan A .; Gigli, Giuseppe; Kéna-Cohen, Stéphane; Sanvitto, Daniele (2017). "Superfluidez a temperatura ambiente en un condensado de polariton". Física de la naturaleza . 13 (9): 837–841. arXiv : 1609.03153 . Código bibliográfico : 2017NatPh..13..837L . doi : 10.1038 / nphys4147 . S2CID 119298251 .
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- ^ Liang, Qi-Yu; et al. (16 de febrero de 2018). "Observación de estados ligados a tres fotones en un medio cuántico no lineal" . Ciencia . 359 (6377): 783–786. arXiv : 1709.01478 . Código bibliográfico : 2018Sci ... 359..783L . doi : 10.1126 / science.aao7293 . PMC 6467536 . PMID 29449489 .
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- ^ Klingshirn, Claus F. (6 de julio de 2012). Óptica de semiconductores (4 ed.). Saltador. pag. 105. ISBN 978-364228362-8.
Otras lecturas
- Baker-Jarvis, J. (2012). "La interacción de campos de radiofrecuencia con materiales dieléctricos en escalas macroscópicas a mesoscópicas" . Revista de Investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología. 117 : 1–60. doi : 10.6028 / jres.117.001 . PMC 4553869 . PMID 26900513 .
- Fano, U. (1956). "Teoría atómica de interacciones electromagnéticas en materiales densos". Revisión física . 103 (5): 1202-1218. Código Bibliográfico : 1956PhRv..103.1202F . doi : 10.1103 / PhysRev.103.1202 .
- Hopfield, JJ (1958). "Teoría de la contribución de excitones a la constante dieléctrica compleja de cristales". Revisión física . 112 (5): 1555-1567. Código Bibliográfico : 1958PhRv..112.1555H . doi : 10.1103 / PhysRev.112.1555 .
- "Un nuevo tipo de superordenador podría basarse en la combinación de luz y materia de 'polvo mágico'" . Universidad de Cambridge. 25 de septiembre de 2017 . Consultado el 28 de septiembre de 2017 .
enlaces externos
- Animación de YouTube que explica qué es el polaritón en un microrresonador semiconductor.
- Descripción de la investigación experimental sobre fluidos polariton en el Instituto de Nanotecnologías.
arXiv: 1902.09342