Zhe Fei señaló las líneas verticales brillantes y oscuras que atraviesan la pantalla de su computadora. Esta nanoimagen, explicó, muestra las ondas asociadas con una cuasipartícula de media luz y media materia que se mueve dentro de un semiconductor.
"Estas son ondas como las ondas de agua", dijo Fei, profesora asistente de física y astronomía de la Universidad Estatal de Iowa y asociada del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. "Es como dejar caer una roca en la superficie del agua y verondas. Pero estas ondas son exciton-polaritones ".
Los excitones-polaritones son una combinación de luz y materia. Al igual que todas las cuasipartículas, se crean dentro de un sólido y tienen propiedades físicas como la energía y el impulso. En este estudio, se lanzaron haciendo brillar un láser en la punta afilada deun sistema de nanoimagen dirigido a una delgada escama de diselenuro de molibdeno MoSe2, un semiconductor en capas que admite excitones.
Los excitones pueden formarse cuando la luz es absorbida por un semiconductor. Cuando los excitones se acoplan fuertemente con los fotones, crean excitón-polaritones.
Es la primera vez que los investigadores hacen imágenes en el espacio real de los excitones-polaritones. Fei dijo que los proyectos de investigación anteriores han utilizado estudios espectroscópicos para registrar los excitones-polaritones como picos o caídas de resonancia en los espectros ópticos. Hasta años recientes, la mayoría de los estudios solo habían observadolas cuasipartículas a temperaturas extremadamente frías, hasta aproximadamente -450 grados Fahrenheit.
Pero Fei y su grupo de investigación trabajaron a temperatura ambiente con el microscopio óptico de exploración de campo cercano en el laboratorio de su campus para tomar imágenes nanoópticas de las cuasipartículas.
"Somos los primeros en mostrar una imagen de estas cuasipartículas y cómo se propagan, interfieren y emiten", dijo Fei.
Los investigadores, por ejemplo, midieron una longitud de propagación de más de 12 micras, 12 millonésimas de metro, para los excitón-polaritones a temperatura ambiente.
Fei dijo que la creación de excitón-polaritones a temperatura ambiente y sus características de propagación son importantes para el desarrollo de futuras aplicaciones para las cuasipartículas. Un día incluso podrían usarse para construir circuitos nanofotónicos para reemplazar circuitos electrónicos por energía a nanoescala o transferencia de información.
Fei dijo que los circuitos nanofotónicos con su gran ancho de banda podrían ser hasta 1 millón de veces más rápidos que los circuitos eléctricos actuales.
Un equipo de investigación dirigido por Fei informó recientemente sus hallazgos en la revista científica Fotónica de la naturaleza . El primer autor del artículo es Fengrui Hu, asociado de investigación postdoctoral del estado de Iowa en física y astronomía. Otros coautores son Yilong Luan, estudiante de doctorado del estado de Iowa en física y astronomía; Marie Scott, recién graduada de la Universidad.de Washington; Jiaqiang Yan y David Mandrus del Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad de Tennessee; y Xiaodong Xu de la Universidad de Washington.
El trabajo de los investigadores fue apoyado por fondos del Estado de Iowa y el Laboratorio Ames para lanzar el programa de investigación de Fei. La Fundación WM Keck de Los Ángeles también apoyó parcialmente las imágenes nanoópticas para el proyecto.
Los investigadores también aprendieron que al cambiar el grosor del semiconductor MoSe2, podían manipular las propiedades de los excitones-polaritones.
Fei, que ha estado estudiando cuasipartículas en grafeno y otros materiales bidimensionales desde sus días de posgrado en la Universidad de California en San Diego, dijo que su trabajo anterior abrió las puertas para los estudios de excitón-polaritones.
"Necesitamos explorar más a fondo la física de los excitones-polaritones y cómo se pueden manipular estas cuasipartículas", dijo.
Eso podría conducir a nuevos dispositivos como los transistores de polaritón, dijo Fei. Y eso algún día podría conducir a avances en las tecnologías fotónicas y cuánticas.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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