Un impulso láser es como una gota de agua que se propaga por el vacío. En este trabajo, llevado a cabo con la colaboración de científicos de la UAM y publicado en Nature Communication, se muestra el inesperado comportamiento de la materia al ser golpeada por esta “gota de luz”.

Concretamente, el experimento consiste en un impulso láser que entra en una microcavidad que contiene dos espejos, los cualesa su vez encierran un material semiconductor). Al iluminar este sistema, una parte de la luz entrará y quedará “encerrada” entre los dos espejos durante tiempo suficiente para interaccionar fuertemente con el material semiconductor. De este modo se crean unas cuasi-partículas formadas por luz (el láser) y materia (el material semiconductor), llamadas polaritones.

Con el impacto del láser se crea una pequeña zona de gran concentración de estas cuasi-partículas o polaritones casi instantáneamente, en tan solo 10 picosegundos. Para hacernos una idea: hay tantos picosegundos en un segundo como segundos en la vida del universo. Esta zona de gran concentración oscilará con el tiempo (https://www.youtube.com/watch?v=0tpcuQ9iu0U), del mismo modo que una gota de agua al caer sobre un lago (https://www.youtube.com/watch?v=QQ37RLXNAgc).

Un fenómeno exótico con múltiples aplicaciones

“Hemos presenciado un fenómeno exótico e inesperado: la espectacular creación de las cuasi-partículas en un punto central localizado, mucho más intenso y puntual quela “gota inicial” creada por el impulso láser” explica Lorenzo Dominici, investigador principal en los laboratorios del CNR en Lecce (Italia).

“La cosa extraña es que normalmente los polaritones son objeto de repulsiones internas que deberían tender a ensanchar la gota inicial” añade Fabrice Laussy, coordinador del grupo teórico en la Universidad Autónoma de Madrid.

Gracias a esta extrema localización e intensidad del campo polaritónico estos resultados tienen un gran interés desde el punto de vista aplicado. Por su extrema localización pueden servir para la creación de nuevos tipos de láser de ultra-resolución, útiles por ejemplo en displays micrométricos. Por otra parte, la rápida velocidad de respuesta del sistema y las altas no linearidades de los polaritones permiten su utilización en aspectos como la creación de memorias en laboratorios de óptica, etc.

Este trabajo, publicado en la revista internacional Nature Communications, ha sido llevado a cabo en el Istituto di Nanotecnologia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italia), con la colaboración teórica internacional para la interpretación de estos fenómenos de la Universidad Autónoma de Madrid, la Universidad de San Petersburgo, el Istituto di Fisica dell’Accademia di Scienze Polaca, el CNR-SPIN de Tor Vergata y la Universidad de Southampton.

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Referencia bibliográfica:

Dominici, L. et al. “Real-space collapse of a polariton condensate”. Nat. Commun. Doi: 10.1038/ncomms9993.

Imagen: “Pico” de polaritones 10 ps después de la excitación

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