Polaritón

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Física de la materia condensada
Fases Transición de fase PCC
Estados de la materia Sólido Líquido Gas Plasma Condensado de Bose-Einstein Gasolina Bose Fermionic condensate Fermi gas Fermi liquid Supersolid Superfluidity Luttinger liquid Time crystal
Phase phenomena Order parameter Phase transition QCP
Electronic phases Electronic band structure Plasma Insulator Mott insulator Semiconductor Semimetal Conductor Superconductor Thermoelectric Piezoelectric Ferroelectric Topological insulator Spin gapless semiconductor
Electronic phenomena Quantum Hall effect Spin Hall effect Kondo effect
Magnetic phases Diamagnet Superdiamagnet Paramagnet Superparamagnet Ferromagnet Antiferromagnet Metamagnet Spin glass
Quasiparticles Phonon Exciton Plasmon Polariton Polaron Magnon Roton
Soft matter Amorphous solid Colloid Granular material Liquid crystal Polymer
Scientists Van der Waals Onnes von Laue Bragg Debye Bloch Onsager Mott Peierls Landau Luttinger Anderson Van Vleck Hubbard Shockley Bardeen Cooper Schrieffer Josephson Louis Néel Esaki Giaever Kohn Kadanoff Fisher Wilson von Klitzing Binnig Rohrer Bednorz Müller Laughlin Störmer Yang Tsui Abrikosov Ginzburg Leggett Parisi Wetterich Perdew
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En física , los polaritones / p ə ˈ l ær ɪ t ɒ n z , p oʊ -/ ^[1] son ​​cuasipartículas bosónicas resultantes del fuerte acoplamiento de ondas electromagnéticas (fotón) con una excitación (estado) portadora de un dipolo eléctrico o magnético de materia sólida o líquida (como un fonón , un plasmón o un excitón ). ^{[ ejemplo necesario ]} Los polaritones describen el cruce de la dispersión de la luz con cualquier resonancia interactuante .

Son una expresión de la repulsión de niveles ( fenómeno cuántico ), también conocida como principio de cruce evitado . En este sentido, los polaritones pueden considerarse como los nuevos modos normales de un material o estructura dados que surgen del fuerte acoplamiento de los modos desnudos, que son el fotón y la oscilación dipolar. Las cuasipartículas bosónicas son distintas de los polarones ( cuasipartículas fermiónicas ), que son un electrón más una nube de fonones adjunta .

Los polaritones violan el límite de acoplamiento débil y los fotones asociados no se propagan libremente en los cristales. En cambio, la velocidad de propagación depende en gran medida de la frecuencia del fotón.

Se han obtenido resultados experimentales significativos sobre varios aspectos de los excitones-polaritones en el caso del óxido de cobre (I) .

Las oscilaciones en gases ionizados fueron observadas por Lewi Tonks e Irving Langmuir en 1929. ^[2] Los polaritones fueron considerados teóricamente por primera vez por Kirill Borisovich Tolpygo . ^{[3] [4]} Se denominaban excitones de luz en la literatura científica soviética. Ese nombre fue sugerido por Solomon Isaakovich Pekar , pero se adoptó el término polaritón, propuesto por John Hopfield .

Los estados acoplados de ondas electromagnéticas y fonones en cristales iónicos y su relación de dispersión, ahora conocidos como polaritones de fonones, fueron obtenidos por Kirill Tolpygo en 1950 ^{[3] [4]} e independientemente por Huang Kun en 1951. ^{[5] [6]} Las interacciones colectivas fueron publicadas por David Pines y David Bohm en 1952, y los plasmones fueron descritos en plata por Herbert Fröhlich y H. Pelzer en 1955.

R. H. Ritchie predijo los plasmones de superficie en 1957, luego Ritchie y HB Eldridge publicaron experimentos y predicciones de fotones emitidos desde láminas metálicas irradiadas en 1962. Otto publicó por primera vez sobre plasmones de superficie-polaritones en 1968. ^[7] La ​​superfluidez a temperatura ambiente de los polaritones fue observada en 2016 por Giovanni Lerario et al., en el Instituto de Nanotecnología CNR NANOTEC , utilizando una microcavidad orgánica que soporta excitones-polaritones de Frenkel estables a temperatura ambiente. ^[8]

En 2018, los científicos informaron el descubrimiento de una nueva forma de luz de tres fotones , que puede involucrar polaritones y podría ser útil en las computadoras cuánticas . ^{[9] [10]}

En 2024, los investigadores informaron sobre un acoplamiento ultrafuerte de la capa de PEPI en una microcavidad Fabry-Pérot que consta de dos espejos parcialmente reflectantes. La capa de PEPI es una perovskita bidimensional hecha de (PEA)2PbI4 ( yoduro de plomo y fenetilamonio ). La colocación de una capa de PEPI dentro de una microcavidad Fabry-Pérot forma polaritones y permite el control de la aniquilación excitón-excitón, lo que aumenta la eficiencia de la célula solar y la intensidad de la ED. ^[11]

Un polaritón es el resultado de la combinación de un fotón con una excitación polar en un material. Los tipos de polaritones son los siguientes:

• Los polaritones fonónicos resultan del acoplamiento de un fotón infrarrojo con un fonón óptico.
• Los polaritones de excitón resultan del acoplamiento de la luz visible con un excitón ^[12]
• Los polaritones intersubbanda resultan del acoplamiento de un fotón infrarrojo o de terahercios con una excitación intersubbanda.
• Los polaritones plasmónicos de superficie resultan del acoplamiento de los plasmones de superficie con la luz (la longitud de onda depende de la sustancia y su geometría).
• Los polaritones de Bragg ("Braggoritons") resultan del acoplamiento de los modos de fotones de Bragg con excitones en masa ^[13]
• Los plexcitones resultan del acoplamiento de plasmones con excitones ^[14]
• Los polaritones magnónicos resultan del acoplamiento del magnón con la luz.
• Los pitones resultan del acoplamiento de fluctuaciones alternas de carga o espín con la luz, claramente diferentes de los polaritones magnónicos o excitones ^[15]
• Polaritones de cavidad ^[16]

• Coherencia atómica
• Láser de polaritón
• Superfluido polaritón
• Polaritónica

• Baker-Jarvis, J. (2012). "La interacción de los campos de radiofrecuencia con materiales dieléctricos a escalas macroscópicas y mesoscópicas". Revista de investigación del Instituto Nacional de Normas y Tecnología . 117 . Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología: 1–60. doi :10.6028/jres.117.001. PMC  4553869 . PMID  26900513.
• Fano, U. (1956). "Teoría atómica de las interacciones electromagnéticas en materiales densos". Physical Review . 103 (5): 1202–1218. Código Bibliográfico :1956PhRv..103.1202F. doi :10.1103/PhysRev.103.1202.
• Hopfield, JJ (1958). "Teoría de la contribución de los excitones a la constante dieléctrica compleja de los cristales". Physical Review . 112 (5): 1555–1567. Bibcode :1958PhRv..112.1555H. doi :10.1103/PhysRev.112.1555.
• «Un nuevo tipo de supercomputadora podría basarse en una combinación de luz y materia, en forma de «polvo mágico»». Universidad de Cambridge. 25 de septiembre de 2017. Consultado el 28 de septiembre de 2017 .

• Animación de YouTube que explica qué es el polaritón en un microresonador semiconductor.
• Descripción de la investigación experimental sobre fluidos polaritones en el Instituto de Nanotecnologías.