En sus experimentos, físicos de la Universidad de Bonn y de la Universidad de Kaiserslautern-Landau observaron fotones (partículas de luz) armónicamente dispersos en un gas de una a dos dimensiones y estudiaron sus propiedades. Los fotones quedaron atrapados en una microcavidad coloreada donde las nanoestructuras de polímeros proporcionaban la capacidad de atrapar el gas de fotones. Al variar la relación de aspecto de la trampa, los investigadores variaron desde una captura bidimensional isotrópica hasta un potencial de captura unidimensional altamente alargado. El artículo del equipo aparece en la revista. La física de la naturaleza..
Los polímeros aplicados a la superficie reflectante atrapan el gas fotónico en una parábola de luz. Cuanto más estrecha es esta parábola, más en un solo sentido se mueve el gas. Crédito de la imagen: Universidad de Bonn.
«Para producir gases a partir de fotones, tenemos que concentrar muchos fotones en un espacio reducido y enfriarlos al mismo tiempo», dijo el Dr. Frank Wivinger de la Universidad de Bonn.
En sus experimentos, el Dr. Wivinger y sus colegas llenaron un pequeño recipiente con una solución de tinte y lo excitaron con un láser.
Las fotografías resultantes rebotaban entre las paredes reflectantes del contenedor.
Cada vez que chocan con las moléculas de tinte, se enfrían hasta que finalmente el gas fotónico se condensa.
La dimensionalidad del gas puede afectar la superficie de giro de la superficie reflectante.
«Pudimos aplicar un polímero transparente a superficies reflectantes para crear protuberancias microscópicamente pequeñas», dijo el Dr. Julian Schulz, físico de la Universidad de Kaiserslautern-Landau.
«Estas proyecciones nos permiten atrapar fotones en una o dos dimensiones y condensarlos».
«Estos polímeros actúan como una especie de canalón, pero en este caso para la luz», explica el Dr. Karan Kumar Kurkehli Umsch, físico de la Universidad de Bonn.
«Cuanto más estrecha es la canaleta, más en una dirección se mueve el gas.
En dos dimensiones existe un rango de temperatura preciso en el que se produce la condensación, del mismo modo que el agua se congela a 0 grados centígrados. Los físicos lo llaman transición de fase.
«Sin embargo, las cosas son un poco diferentes cuando fabricamos un gas unidireccional en lugar de uno bidireccional», dijo el Dr. Wivinger.
«En los gases de fotones se producen las llamadas fluctuaciones térmicas, pero son dos órdenes de magnitud demasiado pequeñas para tener algún efecto real».
«Sin embargo, en una dimensión estas fluctuaciones pueden – en sentido figurado – crear grandes olas.»
Estas fluctuaciones destruyen el orden del sistema unidimensional, de modo que las diferentes regiones del gas ya no son idénticas.
Como resultado, la transición de fase, que todavía está claramente definida en dos dimensiones, se deteriora rápidamente convirtiéndose en un sistema más unidimensional.
Sin embargo, sus propiedades todavía están regidas por la física cuántica, como en el caso de los gases bidimensionales, y este tipo de gases se denominan gases cuánticos degenerados.
Esto es como si el agua se convirtiera en agua helada a bajas temperaturas sin siquiera enfriarse por completo.
«Ahora hemos podido probar este comportamiento por primera vez en una transferencia de gas fotónico de dos dimensiones a unidimensional», dijo el Dr. Wivinger.
Los autores pudieron demostrar que los gases fotónicos unidimensionales en realidad no tienen verdaderos puntos de condensación.
Al realizar pequeños cambios en la estructura del polímero, ahora será posible investigar con gran detalle los fenómenos que ocurren en la transición entre diferentes dimensiones.
Por el momento todavía se considera investigación básica, pero es posible que abra nuevas áreas de aplicación para los efectos ópticos cuánticos.
_____
K. Acebo Amish torcido etc.. Dimensiones en el gas cuántico de la luz. Neto. físicaPublicado en línea el 6 de septiembre de 2024; doi: 10.1038/s41567-024-02641-7
