Iowa State Universityssä tutkijat ovat ensimmäistä kertaa esittäneet todellisia tilannekuvia eksitoni-polaritoneista. Aiemmissa tutkimushankkeissa on käytetty kokeellista spektroskopiaa esittämään eksitoni-polaritoneja esimerkiksi resonanssihuippuina tai kuoppina optisessa spektrissä.
Eksitoni-polaritonit ovat yhdistelmä valoa ja ainetta. Kuten kaikki näennäishiukkaset, ne on luotu kiinteiden sisällä ja niillä on fyysiset ominaisuudet, kuten energia ja liikemäärä. Eksitoneja voi muodostua, kun valo absorboituu puolijohteeseen. Kun eksitonien pariutuvat voimakkaasti fotonien kanssa, ne luovat eksitoni-polaritoneja.
Viime vuosiin asti useimmissa tutkimuksissa kvasipartikkeleita on havaittu vasta äärimmäisen kylmissä, noin 450 Fahrenheitin lämpötiloissa. Iowan yliopiston Zhe Fei ja hänen tutkimusryhmänsä työskenteli huoneenlämpötilassa skannaavalla lähikenttäoptisella mikroskoopilla kampuksen laboratoriossa ottaen nano-optisia kuvia kvasipartikkeleista.
Tässä tutkimuksessa nämä kvasipartikkelit käynnistettiin heijastamalla laseria molybdeeni diselenidin (MoSe2) hiutaleeseen. Kuvien lisäksi tutkijat selvittivät miten ne etenevät, interferoivat ja emittoivat. Esimerkiksi etenemispituudeksi mitattiin yli 12 mikronia.
Tutkijoiden mukaan mahdollisuus luoda eksitoni-polaritoneja huoneenlämpötilassa ja niiden etenemisen ominaisuudet ovat merkittäviä kehitettäessä tulevaisuuden sovelluksia kvasipartikkeleille. Jonain päivänä niitä voisi jopa käyttää rakentamaan nanofotonisia piirejä elektronisien piirien tilalle nanoskaalan energian tai tiedonsiirrolle.
Tutkijat havaitsivat myös, että muuttamalla MoSe2-puolijohteen paksuutta he saattoivat manipuloida eksitoni-polaritonien ominaisuuksia. Manipuloinnin mahdollisuus voisi johtaa uusiin piirirakenteisiin kuten polaritoni- transistoreihin, toteaa tutkimuksia vetänyt Zhe Fei. Se voisi jonain päivänä johtaa jopa läpimurtoihin fotoniikassa ja kvanttiteknologioissa.
Veijo Hänninen
12.6.2017
