Signature spectroscopique de deux points, état corrélé à plusieurs corps. A gauche :En l'absence de pompage. A droite :Avec pompage. Crédit :FLOTTE
Une étude dirigée par Monash développe une nouvelle approche pour observer directement états à plusieurs corps dans un système exciton-polariton qui vont au-delà des théories classiques.
L'étude élargit l'utilisation de la théorie des impuretés quantiques, actuellement d'un grand intérêt pour la communauté de la physique des atomes froids, et déclenchera de futures expériences démontrant des corrélations quantiques à plusieurs corps de polaritons de microcavité.
Explorer les fluides quantiques
"Les excitons-polaritons offrent un terrain de jeu dans lequel on peut explorer les fluides quantiques à température ambiante, et les nouvelles propriétés des systèmes hors équilibre à plusieurs corps, " déclare l'auteur de l'étude A/Prof Meera Parish.
Cependant, malgré leur nature quantique intrinsèque en tant que superpositions de matière et de lumière, les résultats les plus récents peuvent être décrits par la physique des non-linéaires, vagues classiques.
La nouvelle étude montre comment on peut sonder au-delà des corrélations quantiques de champ moyen dans un système de polaritons à plusieurs corps grâce à la physique quantique des impuretés, où une impureté mobile est habillée par des excitations d'un milieu de mécanique quantique, formant ainsi une nouvelle quasiparticule polaronique qui défie une description de champ moyen.
« Observer au-delà du champ moyen le comportement corrélé quantique avec les polaritons est une étape importante vers l'utilisation des polaritons pour les technologies quantiques, " explique l'auteur principal, le Dr Jesper Levinsen, qui est ARC Future Fellow et collaborateur de la paroisse A/Prof à l'École de physique et d'astronomie de l'Université Monash.
Au niveau de quelques particules, il y a eu récemment des progrès dans la réalisation d'un faible blocage anti-groupage et polariton dans une cavité de fibre, où le confinement des photons augmente les non-linéarités.
Transmission pompe-sonde à incidence normale en fonction du désaccord photon-exciton et de l'énergie de la sonde rééchelonnée pour augmenter les densités de pompe. Crédit :FLOTTE
De la même manière, la spectroscopie multidimensionnelle complexe a été utilisée pour étudier les corrélations quantiques. Cependant, les expériences démontrant un comportement corrélé quantique au-delà du champ moyen au niveau à N corps restent encore insaisissables.
L'étude fournit une voie alternative pour explorer de telles corrélations, en utilisant des méthodes de spectroscopie pompe-sonde, qui ont déjà été démontrés par des expériences.
"Nos résultats correspondent aux résultats de ces expériences, mais montrent que les expériences ont jusqu'à présent manqué le régime où des corrélations quantiques multipoints peuvent être observées, " dit le Dr Levinsen.
L'étude
"Spectroscopic signatures of quantum many-body correlations in polaritons microcavities" a été publié dans Lettres d'examen physique en décembre 2019.
Ainsi que le soutien de l'Australian Research Council (Centres of Excellence and Future Fellowship), le soutien financier a été fourni par le Ministerio de Economia Competitividad (MINECO), le Conseil de Recherche en Ingénierie et Sciences Physiques (EPSRC) et la Fondation Simons, et le travail a été effectué au Centre de physique d'Aspen.
Parish et Levinsen sont des physiciens théoriciens qui étudient et décrivent mathématiquement le comportement de grands groupes de particules quantiques en interaction, comme des atomes ou des électrons, qui peut présenter un comportement exotique, comme la superfluidité où ils s'écoulent sans rencontrer de résistance.
A/Prof Parish est le principal chercheur actuel qui étudie comment un tel comportement collectif complexe émerge des propriétés de petits groupes de particules quantiques (un domaine connu sous le nom de physique à quelques corps).
Ce travail élargit nos connaissances fondamentales de la physique quantique dans des systèmes allant des gaz atomiques froids aux semi-conducteurs à l'état solide, et a le potentiel de soutenir une nouvelle génération de résistance proche de zéro, appareils électroniques ultra-basse consommation, recherché par FLOTTE.
