En kvantharmonisk oscillator – en struktur som kan styra placeringen och energin av kvantpartiklar som i framtiden skulle kunna användas för att utveckla ny teknik inklusive OLED och miniatyrlasrar – har tillverkats vid rumstemperatur av forskare under ledning av University of St. Andrews.
Forskningen, utförd i samarbete med forskare vid Nanyang Technological University i Singapore och publicerad i Nature Communications nyligen använde en organisk halvledare att producera polaritoner, som visar kvanttillstånd även vid rumstemperatur.
Polaritoner är kvantblandningar av ljus och materia som skapas genom att kombinera excitationer i en halvledarmaterial med fotoner, de fundamentala partiklarna som bildar ljus. För att skapa polaritoner fångade forskarna ljus i ett tunt lager av en organisk halvledare (den typ av ljusemitterande material som används i OLED-smarttelefonskärmar) 100 gånger tunnare än ett enda människohår, inklämt mellan två mycket reflekterande speglar.
Polaritoner, som fukt i luften, kan kondensera och bilda en typ av vätska. Forskarna samlade in denna kvantvätska i ett mönster av laserstrålar för att kontrollera dess egenskaper. Detta fick vätskan att svänga med en serie harmoniska frekvenser som liknar vibrationerna hos en violinsträng. Formen på dessa kvantiserade vibrationstillstånd matchade en "kvantharmonisk oscillator".
En av projektledarna Dr. Hamid Ohadi, från School of Physics and Astronomy vid University of St Andrews, sa: "Detta är ett läroboksproblem som vi tittar på med våra studenter i våra kvantfysikkurser är den kvantharmoniska oscillatorn. Vi trodde tidigare att man behöver sofistikerade kylningsmetoder för att se dessa oscillatorer. Vi fann att detta fundamentala fysikfenomen kan ses på rumstemperatur för."
Hans kollega professor Graham Turnbull tillade: "Genom att studera den här kvantoscillatorn lär vi oss hur man kontrollerar platsen och rörelsen av polaritoner. I framtiden hoppas vi kunna utnyttja denna kunskap för att utveckla nya kvantteknologier för miljöavkänning, eller nya typer av OLED:er och miniatyrlasrar."
Professor Ifor Samuel, också en del av projektgruppen i St Andrews, sa: "En av de mest anmärkningsvärda aspekterna av denna studie är att vi exalterar provet på ett ställe, men se (polariton) laser i en annan, vilket visar att en kvantblandning av ljus och materia kan resa makroskopiska avstånd. Detta kan vara användbart inte bara för lasrar utan också för solceller. "
