Publikacja naukowców z UW w „Science”

Drukuj

W czasopiśmie naukowym „Science” ukazał się artykuł, którego współautorami są pracownicy i studenci Wydziału Fizyki UW. Naukowcy z UW, wraz z badaczami z innych ośrodków naukowych, stworzyli wnękę optyczną wypełnioną ciekłym kryształem i uwięzili w niej fotony. Zaobserwowali, że w takich warunkach fotony zachowują się jak cząstki obdarzone masą. Rezultaty badań pomogą opracować nowe rozwiązania techniczne.
Zamiast trzech, dwa wymiary

Świat wokół nas ma trzy wymiary przestrzenne. Elektrony uwięzione w dwóch wymiarach mogą nabierać właściwości zupełnie innych niż elektrony swobodne. Na przykład w grafenie, dwuwymiarowej strukturze węgla, elektrony zachowują się jak obiekty pozbawione masy, czyli jak cząstki światła zwane fotonami.

 

Niecodzienne zachowanie fotonów

Ta wiedza zainspirowała naukowców z UW i innych ośrodków naukowych do podjęcia badań nad światłem uwięzionym w dwuwymiarowych strukturach – tak zwanych wnękach optycznych. Stworzyli oni wnękę, w której uwięzili fotony pomiędzy dwoma doskonałymi lustrami. Oryginalność ich pomysłu polega na wypełnieniu wnęki materiałem ciekłokrystalicznym, spełniającym rolę ośrodka optycznego. W trakcie badań naukowcy z UW stwierdzili unikatowe właściwości i zachowania fotonów uwięzionych we wnęce. Podczas sterowania anizotropią optyczną materiału ciekłokrystalicznego zachowywały się one tak jak kwazicząstki obdarzone masą i momentem magnetycznym.

 

Nowe szanse dla nauki i techniki

Odkrycie nowych zjawisk towarzyszących uwięzieniu światła w anizotropowych optycznie wnękach umożliwi realizację nowych urządzeń optoelektronicznych np. optycznych sieci neuronowych, a także wykonywanie obliczeń neuromorficznych. Istnieje perspektywa wytworzenia we wnękach unikalnego kwantowego stanu materii – tzw. kondensatu Bosego Einsteina. Będzie go można zastosować do obliczeń i symulacji kwantowych, czyli rozwiązywania problemów, które są zbyt czasochłonne dla współczesnych komputerów.

 

Wspólne odkrycie

Pracę badawczą wykonali studenci inżynierii nanostruktur na Wydziale Fizyki UW: mgr Katarzyna Rechcińska, mgr Mateusz Król, mgr Rafał Mirek i mgr Karolina Łempicka, pracujący w nowym Laboratorium Polarytonowym UW, pod kierunkiem dr hab. Barbary Piętki i dr. hab. Jacka Szczytko. Wnęka optyczna została wykonana na Wydziale Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej (WAT) przez dr. Rafała Mazura i dr. Przemysława Morawiaka, pracujących w zespole dr. hab. inż. Wiktora Piecka, prof. WAT. Materiał ciekłokrystaliczny został opracowany i zsyntetyzowany w grupie chemików, kierowanej przez dr. hab. inż. Przemysława Kulę, prof. WAT. Opis teoretyczny obserwowanych zjawisk był możliwy dzięki współpracy z prof. dr. hab. Witoldem Bardyszewskim z Wydziału Fizyki UW i dr. hab. Michałem Matuszewskim z Instytutu Fizyki PAN. Zespołowi pomagał prof. Pavlos Lagoudakis, pracujący na Uniwersytecie w Southampton i Instytucie Skolkovo pod Moskwą.

 

Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Ministerstwo Obrony Narodowej.

Szczegóły publikacji

Rechcińska, M. Król, R. Mazur, P. Morawiak, R. Mirek, K. Łempicka, W. Bardyszewski, M. Matuszewski, P. Kula, W. Piecek, P.G. Lagoudakis, B. Piętka, and J. Szczytko, Photonic Engineering of Spin-Orbit Synthetic Hamiltonians in Liquid Crystal Cavities, „Science”, 8.11.2019, Vol. 366, Issue 6466, pp. 727-730, DOI: 10.1126/science.aay4182