激光网3月8日消息，研究人员经常使用凝聚态系统和光子技术来创建微尺度平台，这些平台可以在更易于访问的环境中模拟许多相互作用的量子粒子的复杂动力学。一些例子包括光学晶格中的超冷原子系综、超导阵列以及光子晶体和波导。2006年，一个新的平台出现了，展示了激子-极化激子的宏观相干量子流体，通过光学技术探索多体量子现象。
当一块半导体被放置在两个反射镜之间时，内部的电子激发会受到困在反射镜之间的光子的强烈影响。由此产生的新型玻色子量子粒子，称为激子-极化激元，在适当的情况下可以发生相变，变成非平衡玻色-爱因斯坦凝聚体，并形成宏观量子流体或光滴。
极化激元的量子流体具有许多显着的特性，其中之一是它们在光学上是可配置和可读的，可以很容易地测量极化激元动力学。这就是它们在模拟多体物理方面如此有利的原因。
极化激元凝聚物必须通过外部激光连续进行光学泵浦以补充颗粒，否则凝聚物会在皮秒内消散。然而，你越用力泵送冷凝水，由于排斥的粒子间力，它变得越有能量，导致粒子从冷凝水中逸出，随后空间相关性衰减。
这是光学可编程极化激元仿真器的一个基本问题。科学家们需要想出一种方法，使冷凝水更加稳定和长寿命，同时仍然通过光学泵送。
来自莱切CNR Nanotec和华沙大学物理学院的科学家使用新一代半导体光子光栅实现了这一目标。在他们发表在《自然物理学》上的题为“连续体中束缚态的可重构量子流体分子”的论文中，他们利用光子光栅的亚波长特性为极化激元注入了新的特性。
首先，极化激元可以被驱动凝聚成一种超长寿命的状态，称为连续体中的束缚态。BIC的迷人之处在于，由于对称性强制保护，它们大多是非辐射的，不受光子模式的外部连续体的影响。
其次，由于来自光栅的色散关系，极化激元获得了负有效质量。这意味着泵浦的极化激元不能再那么容易地通过正常的衰变通道逃逸。现在，研究人员拥有极化激元流体，这些流体既具有极长的寿命，又仅使用光学技术即可安全限制。
结合这些机制，使莱切CNR Nanotec的Antonio Gianfrate和Danielle Sanvitto能够光学泵送多个极化激元液滴，这些液滴可以相互作用并杂交成宏观复合物。他们可以使用这种新形式的人造原子来定制和可逆地配置分子排列和链：负质量BIC极化激元的凝聚物。
BIC特性为极化激元提供了更长的寿命，而负质量特性则使它们被光学捕获。这些发现得到了华沙大学、德国锡根大学和法国里昂大学之间开发的BIC狄拉克-极化激元理论的支持。
该平台的最终优势在于，人造量子复合物可以进行全光学编程，但由于它们不受连续体的影响，它们可以保持非常高的寿命。这可能会导致对光学可编程大规模量子流体的新尝试，该流体由前所未有的相干尺度和稳定性定义，用于结构化非线性激光和基于极化激元的复杂系统仿真。
“在这个人造极化狄拉克系统中，仍然有几种有趣的方法可以探索。例如，沿光栅方向和垂直于光栅方向的极化激元液滴之间的耦合机制非常不同。沿着波导，极化激元实际上是负质量粒子，强烈地结合到它们的泵浦点上。
“它们垂直于波导，作为正质量粒子进行弹道传输。这两种机制的混合为研究结构化极化激元量子流体中同步和模式形成的涌现行为打开了一扇新窗口，“华沙大学物理学院的Helgi Sigurðsson总结道。
