12 ژانویه 2023 – توسط دانشگاه سنت اندروز -(سمت چپ) سیال کوانتومی محبوس شده همانطور که در زیر میکروسکوپ دیده می شود و (راست) اشکال حالت های نوسانی هارمونیک منفرد سیال کوانتومی هنگامی که سیال در شدت پرتوهای لیزر به دام افتاده است (خط چین). اعتبار Nature Communications (2022). DOI
یک نوسان ساز هارمونیک کوانتومی – ساختاری که می تواند مکان و انرژی ذرات کوانتومی را کنترل کند و در آینده می تواند برای توسعه فناوری های جدید از جمله OLED و لیزرهای مینیاتوری مورد استفاده قرار گیرد – در دمای اتاق توسط محققان به رهبری دانشگاه سنت ساخته شده است.
این تحقیق که با همکاری دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ در سنگاپور انجام شد و اخیراً در Nature Communications منتشر شد، از یک نیمه هادی آلی برای تولید پلاریتون ها استفاده کرد که حالت های کوانتومی را حتی در دمای اتاق نشان می دهد.
پلاریتون‌ها مخلوط‌های کوانتومی نور و ماده هستند که از ترکیب برانگیختگی‌های یک ماده نیمه‌رسانا با فوتون‌ها، ذرات بنیادی که نور را تشکیل می‌دهند، ساخته می‌شوند. برای ایجاد پلاریتون‌ها، محققان نور را در لایه‌ای نازک از یک نیمه‌رسانای آلی نوعی ماده ساطع کننده نور که در نمایشگرهای گوشی‌های هوشمند OLED استفاده می‌شود 100 برابر نازک‌تر از یک موی انسان، که بین دو آینه بسیار بازتابنده قرار گرفته بود، به دام انداختند.
پلاریتون ها مانند رطوبت موجود در هوا می توانند متراکم شوند و نوعی مایع را تشکیل دهند. محققان این مایع کوانتومی را در قالبی از پرتوهای لیزر جمع کردند تا خواص آن را کنترل کنند. این باعث شد که سیال با یک سری فرکانس هارمونیک که شبیه ارتعاشات یک سیم ویولن است، نوسان کند. شکل این حالت‌های کوانتیزه ارتعاش با شکل یک «نوسانگر هارمونیک کوانتومی» مطابقت داشت.
یکی از رهبران پروژه، دکتر حمید اوحدی، از دانشکده فیزیک و نجوم در دانشگاه سنت اندروز، گفت: “این یک مشکل کتاب درسی است که ما با دانشجویان خود در دوره های فیزیک کوانتومی خود به آن نگاه می کنیم، نوسانگر هارمونیک کوانتومی است. ما قبلاً فکر می کردیم که برای دیدن این نوسانگرها به روش های خنک کننده پیچیده ای نیاز است. ما دریافتیم که این پدیده بنیادی فیزیک را می توان در دمای اتاق نیز مشاهده کرد.
پروفسور گراهام ترنبول، همکار او، افزود: “با مطالعه این نوسانگر کوانتومی، ما در حال یادگیری نحوه کنترل مکان و حرکت قطبیتون ها هستیم. در آینده، ما امیدواریم که از این دانش برای توسعه فناوری های کوانتومی جدید برای سنجش محیطی یا انواع جدیدی از OLED ها و لیزرهای مینیاتوری استفاده کنیم..”
پروفسور ایفور ساموئل، همچنین بخشی از تیم پروژه در سنت اندروز، گفت: “یکی از قابل توجه ترین جنبه های این مطالعه این است که ما نمونه را در یک مکان برانگیخته می کنیم، اما لیزر (پلاریتون) را در مکان دیگر می بینیم، که نشان می دهد یک مخلوط کوانتومی یا نور و ماده می توانند مسافت های ماکروسکوپی را طی کنند. این می تواند نه تنها برای لیزرها، بلکه برای سلول های خورشیدی نیز مفید باشد.”
