Sistemas a nanoescala para generar diversas formas de luz

Durante décadas, los estudiosos han creído que las propiedades estadísticas cuánticas de los bosones se conservan en los sistemas plasmónicos y, por lo tanto, no crearán diferentes formas de luz.

Este campo de investigación en rápido crecimiento se centra en las propiedades cuánticas de la luz y su interacción con la materia a nivel de nanoescala. estimulado por trabajo experimental En la posibilidad de preservar correlaciones no clásicas en las interacciones luz-materia mediadas por la dispersión de fotones y plasmones, se asumió que dinámicas similares subyacen a la conservación de la fluctuaciones cuánticas que definen la naturaleza de las fuentes de luz. La posibilidad de utilizar un sistema a nanoescala para crear formas exóticas de luz podría allanar el camino para los dispositivos cuánticos de próxima generación. También puede proporcionar una nueva plataforma para explorar nuevos fenómenos cuánticos.

En nuevos hallazgos publicados en Comunicaciones de la naturaleza, investigadores de la Universidad Estatal de Louisiana y cuatro universidades colaboradoras han introducido un descubrimiento de cambio de paradigma en la plasmónica cuántica al demostrar el potencial de las nanoestructuras metálicas para producir diferentes formas de luz.

Su artículo, «Observación de la modificación de las estadísticas cuánticas de los sistemas plasmónicos», escrito por colaboradores de la Universidad de Alabama en Huntsville, el Tecnológico de Monterrey, la Universidad Nacional Autónoma de México y la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, demuestra que las estadísticas cuánticas para multipartículas sistemas no siempre se conservan en plataformas plasmónicas. También describe la primera observación de estadísticas cuánticas modificadas.

Los autores principales, el investigador postdoctoral de LSU, Chenglong You, y el estudiante graduado de LSU, Mingyuan Hong, muestran que los campos ópticos cercanos proporcionan rutas de dispersión adicionales que pueden inducir interacciones complejas de múltiples partículas.

«Nuestros hallazgos revelan la posibilidad de utilizar la dispersión de múltiples partículas para realizar un control exquisito de los sistemas plasmónicos cuánticos», dijo. «Este resultado redirige un viejo paradigma en el campo de la plasmónica cuántica, donde la física fundamental revelada en nuestro descubrimiento proporcionará una mejor comprensión de las propiedades cuánticas de sistemas plasmónicosy desvelar nuevas formas de controlar los sistemas cuánticos de múltiples partículas. «

La investigación realizada por el Grupo Experimental de Fotónica Cuántica de LSU que dio lugar a estos nuevos descubrimientos se llevó a cabo en el Laboratorio de Fotónica Cuántica del profesor asistente Omar Magaña-Loaiza.

«Diseñamos nanoestructuras metálicas, hechas de oro, para producir diferentes tipos de luz», dijo Hong. «Nuestra plataforma a nanoescala explora la disipación plasmónico campos cercanos para inducir y controlar interacciones complejas en sistemas de fotones de muchos cuerpos. Esta capacidad nos permite controlar a voluntad las fluctuaciones cuánticas de los sistemas multifotónicos. «

La posibilidad de proyectar luz con diferentes propiedades de la mecánica cuántica tiene enormes implicaciones para muchas tecnologías cuánticas.

“Por ejemplo, nuestra plataforma permite la reducción de las fluctuaciones cuánticas de los sistemas multifotónicos para aumentar la sensibilidad de los protocolos de detección cuántica”, dijo Magaña-Loaiza. «En nuestro laboratorio, aprovecharemos este exquisito grado de control para desarrollar simulaciones cuánticas de luz transporte. Esto permitirá el diseño final de células solares mejores y más eficientes. »