Risasameindir af ljósvökvadropum

Í heimi skammtafræðinnar geta margar óaðgreinanlegar agnir, nánar tiltekið bóseindir, undir réttum kringumstæðum komið sér saman fyrir í eitt skammtafræðilegt ástand og myndað Bose-Einstein þéttingu (e. Bose-Einstein condensate). Fyrir hefðbundin atóm, líkt og rúbidín, gerist slík fasabreyting við nanókelvin hitastig. Hinsvegar, í örgeislaholum úr hálfleiðurum geta svokallaðar ljósskauteindir (e. exciton-polaritons) líka myndað þéttingar sem kallast ljósvökvar (e. quantum fluids of light) við miklu hærra hitastig, frá nokkrum kelvin upp í stofuhita.

Ljósvökvar eru afar hentugir fyrir grundvallarrannsóknir því ólíkt mörgum öðrum kerfum, er hægt að stýra þeim, formgera og mæla ítarlega með hefðbundinni ljóstækni. Þetta gerir þeim kleift að herma eftir ýmsum skammtafræðilegum fyrirbrigðum líkt og efnatengingu atóma sem mynda sameindir eða langar keðjur.

Í nýlegri grein sem var birt í Nature Physics, þróuðu Antonio Gianfrate (CNR Nanotec, Lecce) og Helgi Sigurðsson (Raunvísindastofnun) og rannsóknarteymi í ljóseðlisfræði og þéttefnisfræði milli Ítalíu, Frakklands, Bandaríkin, Þýskalands, og Íslands risasameindir og keðjur af ljósvökvum í nýju nanókerfi.

Kerfið er nanóristur bylgjuleiðari (e. grated waveguide) sem hýsir sérkennileg bundin ástönd sem kallast á ensku "bound states in the continuum". Slík ástönd gefa ljósskauteindum mun lengri líftíma og stöðugleika heldur en í hefðbundnum örgeislaholum. Með því að skjóta ljósi inn í bylgjuleiðarann gat rannsóknarteymið framkallað marga ljósvökvadropa sem síðan bundust saman í risa gervisameindir.

Niðurstöðurnar sýndu að einföld hönnun á bylgjuleiðurum, í samanburði við fyrri tækni, opnar nýja leið til að nýta ljósvökva í að herma stórgerð skammtafræðileg kerfi. Slík tækni getur nýst til að efla grundvallarþekkingu í sameindarfræði og víxlverkun margra agna.