从冷原子到固态半导体,将量子杂质理论,应用到光的量子流体!

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从冷原子到固态半导体,将量子杂质理论,应用到光的量子流体!

科学家在一项新研究开发了一种新方法,可以直接观察激子,即极化系统中的相关多体状态,这种方法超越了经典理论。这项研究扩大了量子杂质理论的应用,目前冷原子物理界的科学家对量子杂质理论非常感兴趣,并将引发未来展示微腔极化子的多体量子关联实验。研究作者A/Meera Parish教授说:激子-极化子提供了一个游乐场,人们可以在其中探索室温量子流体,以及多体非平衡系统的新特性。

然而,尽管它们内在量子性质是物质和光的叠加,但最新研究结果可以通过非线性经典波的物理学来描述。这项新研究展示了科学家如何通过量子杂质物理,探索多体极化系统中超越平均场量子关联的问题,在量子杂质物理中,移动杂质被量子力学介质的激发所覆盖,从而形成了一种新的极化子准粒子,它违背了平均场的描述。主要作者杰斯珀·莱文森博士是ARC Future研究员,也是莫纳什大学物理与天文学院A/Parish教授的合作者说:

图示:两点多体关联态的光谱特征,左:在没有抽流体的情况下。

用极化子观察平均场以外的量子相关行为,是将极化子用于量子技术的一个重要里程碑。少数粒子的水平上,在光纤腔中实现弱的反聚束和极化子阻塞方面取得了进展,其中光子的限制增强了非线性。同样,复数多维光谱学也被用来研究量子关联。然而,证明在多体水平上超越平均场量子关联行为的实验仍然难以捉摸。这项研究提供了另一条探索这种关联的途径,利用已经被实验证明的泵浦-探测光谱方法。

研究发现与这些实验的结果相吻合,但表明到目前为止,实验错过了可以看到多点量子关联的区域,其研究发表在《物理评论快报》期刊上。除了澳大利亚研究理事会(卓越中心和未来奖学金中心)的支持外,经济学部(MINECO)、工程和物理科学研究理事会(EPSRC)和西蒙斯基金会也提供了资金支持,并在阿斯彭物理中心开展了工作。帕里什和莱文森是理论物理学家,他们研究并数学描述了大群相互作用量子粒子的行为(如原子或电子)。

图示:垂直入射泵浦(探测透过率随光子)激子失谐量和抽运密度重新定标探测能量的变化而变化。

这些粒子可以表现出奇异的行为,比如它们在没有遇到阻力的情况下流动时的超流性。帕里什教授是目前研究这种复杂的集体行为,是如何从小量子粒子群(这个领域被称为少体物理)性质中出现的主要研究人员。这项研究扩展了我们在从冷原子气体到固态半导体系统中的量子物理基础知识,并有可能支持舰队寻求的新一代近零电阻、超低能量电子设备。

博科园|研究/来自:ARC未来低能耗电子技术卓越中心(FLEET)

参考期刊《物理评论快报》

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