Kwantowy oscylator harmoniczny – struktura, która może kontrolować położenie i energię cząstek kwantowych, które mogłyby w przyszłości zostać wykorzystane do opracowania nowych technologii, w tym OLED i miniaturowych laserów – został wykonany w temperaturze pokojowej przez naukowców kierowanych przez University of St. Andrewsa.
Badania, przeprowadzone we współpracy z naukowcami z Nanyang Technological University w Singapurze i opublikowane w Nature Communications ostatnio używał półprzewodnik organiczny do produkcji polarytonów, które wykazują stany kwantowe nawet w temperaturze pokojowej.
Polarytony to kwantowe mieszaniny światła i materii, które powstają w wyniku połączenia wzbudzeń w a materiał półprzewodnikowy z fotonami, podstawowymi cząstkami tworzącymi światło. Aby stworzyć polarytony, naukowcy uwięzili światło w cienkiej warstwie organicznego półprzewodnika (rodzaj emitującego światło materiału stosowanego w wyświetlaczach smartfonów OLED) 100 razy cieńszej niż pojedynczy ludzki włos, umieszczonej pomiędzy dwoma wysoce odblaskowymi lustrami.
Polarytony, podobnie jak wilgoć w powietrzu, mogą skraplać się i tworzyć rodzaj cieczy. Naukowcy zamknęli tę kwantową ciecz we wzorze wiązek laserowych, aby kontrolować jej właściwości. To spowodowało, że płyn oscylował z szeregiem częstotliwości harmonicznych, które przypominają wibracje struny skrzypiec. Kształt tych skwantowanych stanów wibracji pasował do kształtu „kwantowego oscylatora harmonicznego”.
Jeden z liderów projektu, dr Hamid Ohadi ze Szkoły Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie w St Andrews, powiedział: „Podręcznikowym problemem, któremu przyglądamy się z naszymi studentami na naszych kursach fizyki kwantowej, jest kwantowy oscylator harmoniczny. Kiedyś myśleliśmy, że aby zobaczyć te oscylatory, potrzebne są wyrafinowane metody chłodzenia. Odkryliśmy, że to fundamentalne zjawisko fizyki można zobaczyć na Temperatura w pomieszczeniu też."
Jego kolega, profesor Graham Turnbull, dodał: „Badając ten oscylator kwantowy, uczymy się, jak kontrolować położenie i ruch polarytonów. W przyszłości mamy nadzieję wykorzystać tę wiedzę do opracowania nowych technologii kwantowych do wykrywania środowiska lub nowych typów diod OLED i miniaturowych laserów”.
Profesor Ifor Samuel, również członek zespołu projektowego w St Andrews, powiedział: „Jednym z najbardziej niezwykłych aspektów tego badania jest to, że wzbudzamy próbkę w jednym miejscu, ale patrz (polaryton) laser w innym, pokazując, że kwantowa mieszanina światła i materii może pokonywać makroskopowe odległości. Może to być przydatne nie tylko dla laserów, ale także dla ogniwa słoneczne".
