Pesquisadores da Skoltech e seus colegas do Reino Unido conseguiram criar um vórtice gigante estável em condensados polariton em interação, abordando um conhecido desafio na dinâmica de fluidos quantizados. As descobertas abrem possibilidades na criação de fontes de luz coerentes com estrutura única e na exploração da física de muitos corpos sob condições extremas exclusivas. O artigo foi publicado na revista Nature Communications.
Na dinâmica de fluidos, um vórtice é uma região onde um fluido gira em torno de um ponto (2D) ou uma linha (3D); você viu claramente um em sua pia ou pode ter sentido um na forma de turbulência durante o vôo. O mundo quântico também tem vórtices: o fluxo de um fluido quântico pode criar uma zona onde as partículas giram persistentemente em torno de algum ponto. A assinatura prototípica de tais vórtices quânticos é sua fase singular no centro do vórtice.
Os professores Skoltech Natalia Berloff e Pavlos Lagoudakis e colegas estudaram vórtices criados por polaritons – estranhas partículas quânticas híbridas que são meia-luz (fóton) e meia-matéria (elétrons) – formando um fluido quântico nas condições certas. Eles estavam procurando uma maneira de criar vórtices nesses fluidos polariton com altos valores de momento angular (ou seja, fazendo-os girar rapidamente). Esses vórtices, também conhecidos como vórtices gigantes, são geralmente muito difíceis de obter, pois tendem a se dividir em muitos vórtices menores com baixo momento angular em outros sistemas.
A criação de vórtices gigantes estáveis mostra que sistemas quânticos sem equilíbrio (abertos), como condensados de polariton, podem superar alguns limites severos de sua contraparte de equilíbrio termodinâmico, como condensados de Bose-Einstein de átomos frios. O controle sobre a vorticidade de um fluido quântico pode abrir novas perspectivas na simulação analógica da gravidade ou da dinâmica do buraco negro no mundo microscópico. Além disso, o condensado polariton emite fótons continuamente que carregam todos os meandros do vórtice que podem se tornar importantes para aplicações de armazenamento, distribuição e processamento de dados ópticos.
Os pesquisadores têm trabalhado no uso de condensados polariton interagentes como candidatos para simular um modelo vetorial planar conhecido como modelo XY. Eles perceberam que, quando vários condensados eram organizados em um polígono regular com um número ímpar de vértices, o estado fundamental de todo o sistema poderia corresponder a uma corrente de partícula ao longo da borda do polígono. Partindo de um triângulo, pentágono, heptágono e assim por diante, os autores mostraram que a corrente girava cada vez mais rápido, formando um vórtice gigante de momento angular variável.
“A formação de correntes de polariton estáveis no sentido horário ou anti-horário ao longo do perímetro de nossos polígonos pode ser considerada como resultado da frustração geométrica entre os condensados. Os condensados interagem como osciladores que querem estar em antifase entre si. Mas um estranho O polígono numerado não pode satisfazer esta relação de fase por causa de sua simetria rotacional e, portanto, os polaritons se contentam com a próxima melhor coisa que é uma corrente rotativa “, diz o primeiro autor Tamsin Cookson.
“Esta é uma demonstração muito boa de como os polaritons podem fornecer uma caixa de areia muito flexível para sondar alguns dos fenômenos mais complexos da natureza. O que mostramos aqui é um sistema que compartilha muitas características com um buraco negro, que ainda emite, um buraco branco, se desejar. ” O professor Lagoudakis acrescenta.
Publicado em 19/06/2021 15h25
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