Taniec wirów w ciele stałym

Czy da się wytworzyć i obserwować wiry w ciele stałym? To możliwe w świecie mechaniki kwantowej. Pracę opisującą owe niecodzienne zjawisko, której współautorką jest dr Barbara Piętka z Wydziału Fizyki UW publikuje prestiżowe czasopismo "Nature Physics".

Uczona wchodziła w skład sześcioosobowego zespołu pracującego na politechnice w Lozannie. Badacze wprowadził w stan nadciekły polarytony. Nazwą tą określa się ekscytony wzbudzone światłem widzialnym. „Są to kwazicząstki, będące połączeniem światła widzialnego (fotonu) oraz materii (ekscytonu)” – opisuje dr Piętka.Podczas eksperymentów naukowcy obserwowali co się dzieje z przepływającymi przez kryształ półprzewodnikowy polarytonami w stanie nadciekłym w miarę zwiększania ich prędkości.

Nadciekłe polarytony nakierowano na znajdujący się w krysztale defekt – niewielką wypukłość. - Aby wytworzyć wiry kwantowe trzeba było rozpędzić polarytony na tyle, by na obwodzie defektu prędkość tych kwazicząstek przekraczała prędkość dźwięku. Wtedy stan nadciekły się załamywał, a za defektem pojawiały się wiry - tłumaczy dr Piętka .

Wiry powstające podczas przepuszczania polarytonów przez półprzewodnik przypominają inne znane zjawiska tego typu. W krysztale nie tworzą się one jednak tak chaotyczne, jak choćby wiry w wodzie, lecz w sposób bardziej uporządkowany. Autorzy zaobserwowali powstanie wiru oraz antywiru oraz ich uwolnienie w tym samym momencie. W skali makro jest inaczej – tam wir i rotujący w przeciwną stronę antywir zwykle uwalniane są po kolei i nie tworzą par.

Po odłączeniu od defektu, wiry kwantowe nie znikają i przesuwają się w próbce do czasu, kiedy istnieją tworzące je polarytony.Żywot tych kwazicząstek jest bardzo krótki - liczy się w pikosekundach, czyli trylionowych częściach sekund.
Badaniem własności polarytonów zajmuje się nowa dziedzina fizyki nazywana polarytroniką.

Wiele wskazuje, że prowadzone w jej ramach prace pozwolą zbudować w przyszłości wiele pożytecznych urządzeń m.in. zużywające mniej energii lasery lub nowe polarytonowepamięci optyczne oraz tranzystory.

Badanie zjawisk zachodzących podczas
przepływu polarytonów przez półprzewodnik jest ważne z punktu widzenia ich zastosowań – zakłócenia jakie powstają podczas tego procesu będą miały wpływ na szybkość przekazywania informacji oraz sposób budowy polarytonowych tranzystorów, bramek logicznych czy pamięci optycznych2011_04_03_a

 

Materiały prasowe Wydziału Fizyki UW/EurekNews