La plupart des objets réagissent de manière prévisible lorsqu'une force leur est appliquée, à moins qu'ils n'aient une « masse négative ». Et puis ils réagissent exactement à l'opposé de ce à quoi vous vous attendriez.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Rochester ont réussi à créer des particules de masse négative dans un semi-conducteur atomiquement mince, en le faisant interagir avec la lumière confinée dans une microcavité optique.

Cela seul est "intéressant et excitant d'un point de vue physique, " dit Nick Vamivakas, professeur agrégé d'optique quantique et de physique quantique à l'Institut d'optique de Rochester. "Mais il s'avère également que l'appareil que nous avons créé présente un moyen de générer de la lumière laser avec une quantité de puissance de plus en plus faible."

Le dispositif, décrit dans Nature Physique, se compose de deux miroirs qui créent une microcavité optique, qui confine la lumière à différentes couleurs du spectre en fonction de l'espacement des miroirs.

Les chercheurs du laboratoire de Vamivakas, y compris les co-auteurs principaux Sajal Dhara (maintenant avec l'Institut indien de technologie) et Ph.D. étudiant Chitraleema Chakraborty, incrusté un semi-conducteur de diséléniure de molybdène atomiquement mince dans la microcavité.

Le semi-conducteur a été placé de telle manière que son interaction avec la lumière confinée a entraîné la formation de petites particules du semi-conducteur, appelées excitons, avec les photons de la lumière confinée pour former des polaritons.

"En amenant un exciton à céder une partie de son identité à un photon pour créer un polariton, nous nous retrouvons avec un objet auquel est associée une masse négative, " explique Vamivakas. " C'est une chose hallucinante à laquelle penser, parce que si vous essayez de le pousser ou de le tirer, cela ira dans le sens inverse de ce que votre intuition vous dirait."

D'autres groupes de recherche ont expérimenté des dispositifs similaires, Vamivakas dit, mais c'est le premier appareil à produire des particules de masse négative.

Bien que les applications soient "toujours en cours, " Vamivakas ajoute, son laboratoire continuera d'explorer :

• Comment l'appareil pourrait servir de substrat pour produire des lasers. "Avec les polaritons que nous avons créés avec cet appareil, la prescription pour faire fonctionner un laser est complètement différente, " dit Vamivakas. " Le système commence à produire un effet laser à un apport d'énergie beaucoup plus faible " que les lasers traditionnels actuellement utilisés.
• Les implications physiques de la création d'une masse négative dans l'appareil. "Nous rêvons de moyens d'appliquer des poussées et des tractions, peut-être en appliquant un champ électrique à travers l'appareil, puis en étudiant comment ces polaritons se déplacent dans l'appareil sous l'application d'une force externe."