Российские физики по-новому описали «охлаждение» квантовой жидкости

Работа ученых создает основу для построения усовершенствованных моделей поведения квантовых веществ, крайне важных для конструирования ключевых элементов перспективных оптических компьютеров, высокопроизводительных фотонных микропроцессоров и новейших квантово-оптических устройств будущего поколения.

Физики ИТМО разработали улучшенную модель, точно описывающую процесс охлаждения и рассеивания избыточной энергии в специфическом типе квантовой среды — поляритонном конденсате. Они дополнили базовое уравнение новым членом, учитывающим энергетическое перераспределение внутри системы без изменения числа частиц, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.

Поляритоны представляют собой особые квазичастицы, образующиеся в результате сильного взаимодействия фотонов и экситонов в условиях резонанса в микроскопических оптических устройствах. Их двойственная природа позволяет сочетать свойства как электромагнитного излучения, так и материальной частицы: они характеризуются малой массой и способны демонстрировать разнообразные нелинейные явления.

При высоких концентрациях и интенсивном взаимодействии света с веществом образуется поляритонный конденсат — своеобразная разновидность квантовой жидкости. Когда температура понижается, система охлаждается, теряя свою энергию: возбужденные поляритоны вступают во взаимодействие с соседними частицами и переходят на более низколежащие энергетические уровни. Этот процесс именуется релаксацией энергии поляритонов и является ключевым аспектом изучения механизмов контроля над состоянием и эволюцией квантовых световых жидкостей. Ранее существующие модели, описывающие этот процесс, отличались большой сложностью, что препятствовало их применению для анализа динамики поляритонных конденсатов.