Gli scienziati del KAIST hanno fabbricato un sistema laser che genera particelle quantistiche altamente interattive a temperatura ambiente. Le loro scoperte, pubblicato sulla rivista Fotonica della natura , potrebbe portare a un singolo sistema laser a microcavità che richiede un'energia di soglia inferiore all'aumentare della sua perdita di energia.

Il sistema, sviluppato dal fisico KAIST Yong-Hoon Cho e colleghi, consiste nel far brillare la luce attraverso una singola microcavità di forma esagonale trattata con un substrato di nitruro di silicio modulato in perdita. La progettazione del sistema porta alla generazione di un laser polaritone a temperatura ambiente, il che è eccitante perché questo di solito richiede temperature criogeniche.

I ricercatori hanno scoperto un'altra caratteristica unica e controintuitiva di questo design. Normalmente, l'energia viene persa durante il funzionamento del laser. Ma in questo sistema, all'aumentare della perdita di energia, la quantità di energia necessaria per indurre il laser è diminuita. Sfruttare questo fenomeno potrebbe portare allo sviluppo di alte efficienze, laser a bassa soglia per futuri dispositivi ottici quantistici.

"Questo sistema applica un concetto di fisica quantistica noto come simmetria di inversione del tempo di parità, " spiega il professor Cho. "Questa è una piattaforma importante che consente di utilizzare la perdita di energia come guadagno. Può essere utilizzato per ridurre l'energia di soglia del laser per dispositivi e sensori ottici classici, così come i dispositivi quantistici e il controllo della direzione della luce."

La chiave è il design e i materiali. La microcavità esagonale divide le particelle di luce in due diverse modalità:una che passa attraverso il triangolo rivolto verso l'alto dell'esagono e un'altra che passa attraverso il suo triangolo rivolto verso il basso. Entrambe le modalità delle particelle di luce hanno la stessa energia e percorso ma non interagiscono tra loro.

Però, le particelle luminose interagiscono con altre particelle chiamate eccitoni, fornito dalla microcavità esagonale, che è fatto di semiconduttori. Questa interazione porta alla generazione di nuove particelle quantistiche chiamate polaritoni che poi interagiscono tra loro per generare il laser a polaritoni. Controllando il grado di perdita tra la microcavità e il substrato semiconduttore, nasce un fenomeno intrigante, con l'energia di soglia che diventa più piccola all'aumentare della perdita di energia.