Una collaborazione internazionale, guidata da scienziati della Macquarie University, ha introdotto una nuova tecnica di ottica quantistica che può fornire un accesso senza precedenti alle proprietà fondamentali delle interazioni luce-materia nei semiconduttori.
La ricerca, pubblicata il 15 gennaio sulla rivista Nature Physics , utilizza una nuova tecnica spettroscopica per esplorare le interazioni tra fotoni ed elettroni su scala quantistica.
Il professor Thomas Volz, coautore dello studio e leader del gruppo di ricerca presso la School of Mathematical and Physical Sciences della Macquarie University, afferma che il lavoro ha il potenziale per portare a una svolta nella ricerca globale di tecnologie fotoniche quantistiche accessibili.
"Abbiamo sviluppato una nuova tecnica che utilizza la cascata quantistica radiativa, in cui i fotoni vengono immagazzinati in un viaggio materiale lungo una scala di livelli energetici generati quando la luce e la materia interagiscono", afferma il professor Volz.
"Ciò vale anche quando le interazioni sono così deboli che i livelli energetici coinvolti risultanti erano precedentemente troppo vicini per essere distinti."
Questa capacità di scrutare più da vicino il regno quantistico racchiude un potenziale immenso.
"Capendo come collaborano queste minuscole particelle di luce, otteniamo preziose informazioni sulle proprietà quantistiche dei materiali solidi, come i semiconduttori", afferma il professor Volz.
La tecnica del team, che hanno soprannominato "spettroscopia di correlazione a cascata di fotoni", combina il filtraggio spettrale e l'analisi di correlazione dei fotoni per rivelare le interazioni tra eccitoni-polaritoni semiconduttori, che sono quasi-particelle costituite sia da fotoni (luce) che da materia (eccitoni). .
Il coautore Dott. Lorenzo Scarpelli, ex ricercatore post-dottorato presso la Macquarie University e ora ricercatore post-dottorato presso l'Università di Tecnologia di Delft nei Paesi Bassi, afferma:"La spettroscopia di correlazione a cascata di fotoni funziona un po' come un microscopio per i fotoni.
"Creiamo un'immagine nel tempo dei fotoni, e questa ci dice se tendono a viaggiare insieme o meno, e ci permette anche di estrarre informazioni sulla forza della loro interazione."
Dice che la nuova tecnica del team ha permesso loro di rilevare interazioni che coinvolgevano stati legati complessi di tre o più particelle, che in precedenza erano state solo teorizzate.
Questa scoperta è importante nell'ottica quantistica perché consente agli scienziati di eccitare e misurare direttamente specifiche transizioni di singolo fotone, consentendo loro di caratterizzare sottili effetti quantistici di poche particelle nei sistemi a stato solido e identificare materiali che potrebbero funzionare bene in nuove applicazioni.
"C'è una ricerca mondiale per trovare materiali che ci permettano di controllare il modo in cui le particelle di luce interagiscono, in modo da poter costruire transistor ottici, interruttori ottici molto veloci ed elaborare le informazioni con singole particelle di luce anziché con gli elettroni", afferma il professor Volz.
"Il materiale che ospita i nostri esperimenti è l'arseniuro di gallio, ma la tecnica può essere facilmente applicata anche ad altri materiali, dove possiamo aspettarci di vedere effetti o comportamenti fisici simili.
"Questa tecnica ci consentirà di ottenere preziose informazioni sulle proprietà quantistiche dei materiali solidi."
Ulteriori informazioni: Lorenzo Scarpelli et al, Sondaggio delle correlazioni a molti corpi utilizzando la spettroscopia di correlazione a cascata quantistica, Fisica naturale (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02322-x
Informazioni sul giornale: Fisica della Natura
Fornito dalla Macquarie University
