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Saense

Nova estrutura acopla vibrações mecânicas e luz em nível quântico

Publicado em 03 setembro 2021

Fônons gerados por um anel ressonante (azul) gerando excitons polaritons (amarelo) no espaço central de uma microcavidade emissora de fótons (faixa vermelha). [1]

Fônons coerentes são vibrações coletivas da rede atômica de um sólido com frequências entre 3 e 30 GHz, que podem ser usadas para manipular para manipular outros vários tipos de excitações em sólidos, com aplicações no processamento de informação em computadores quânticos. Um trabalho publicado em abril na Physical Review Letters e com a participação brasileira apresenta uma nova estrutura para gerar detectar fônons coerentes e suas interações com sistemas optoeletrônicos.

“Apresentamos uma nova estrutura para acoplamento optomecânico de exciton polaritons e ondas acústicas longitudinais acionadas eletricamente a 20 GHz, confinadas em uma microcavidade planar”, explica no vídeo abaixo o físico Diego Machado, doutor em ciência e tecnologia dos materiais pela UNESP, campus de Bauru. Machado colaborou no trabalho com os doutores Alexanderr Kuznetsov e Klaus Biermann, supervisionados por Paulo Ventura Santos, do Instituto Paul Drude, em Berlim, na Alemanha.

Usando transdutores piezoelétricos que também atuam como detectores de fônons, os pesquisadores injetaram vibrações coerentes nas microcavidade, um espaçamento com algumas centenas de nanômetros de espessura, no meio de um material semicondutor feito de pilhas de espelhos ópticos e acústicos. As vibrações viajam através da região do espaçamento que envolve um poço quântico. Ali, o acoplamento forte entre fótons e excitons (estados ligados dos elétrons e de suas vacâncias no poço), dá origem a exciton polaritons, partículas híbridas de matéria e luz.

Os fônons gerados eletricamente permitem o ajuste controlado da energia dos polaritons, o que também leva a modulação da energia dos fótons emitidos. Além disso, as perdas acústicas baixas permitem intensidades acústicas altas, bem como fônons com tempo de vida maior, o que é importante para se manter o controle coerente do sistema.

Machado participou da pesquisa com apoio financeiro da FAPESP.

Artigo científico

Electrically Driven Microcavity Exciton-Polariton Optomechanics at 20 GHz

Alexander S. Kuznetsov, Diego H. O. Machado, Klaus Biermann e Paulo V. Santos

Phys. Rev. X 11, 021020 – 23 de abril de 2021