Nuova fisica e applicazioni dei polaritoni
I polaritoni combinano le migliori caratteristiche dei sistemi fotonici ed eccitonici e, quindi, la possibilità di miglioramenti qualitativi in termini di scalabilità, energia di funzionamento ridotta e velocità, nei dispositivi logici. Il potenziale senza precedenti di queste quasiparticelle metà luce e metà materia deriva dalla loro intrinseca dualità luce-materia. La rete per la formazione iniziale (Initial Training Network, ITN) CLERMONT4 (Exciton-polaritons in microcavities: Physics and devices), finanziata dall’UE, è nata con l’obiettivo di formare una nuova generazione di ricercatori per sviluppare dispositivi basati sui polaritoni nelle cavità dei semiconduttori. Ha seguito la stessa linea di ricerca di una serie di ITN partita nel 1999 con il progetto di CLERMONT. Il lavoro svolto nell’ambito del progetto CLERMONT4 si è focalizzato sulla realizzazione di prototipi di dispositivi che utilizzano polaritoni. Nello specifico, l’obiettivo della rete era quello di progettare, fabbricare e caratterizzare laser a polaritoni caricati elettricamente, oscillatori parametrici ottici aventi dimensioni di alcuni micron, porte logiche ottiche ed emettitori basati su cavità di coppie fotoniche entangled. I polaritoni sono particelle di luce-materia che derivano dall’accoppiamento forte tra fotoni ed eccitoni in una cavità di dimensioni micrometriche con pozzi quantici incorporati. I loro componenti eccitonici danno luogo a interazioni forti polaritone-polaritone, generando non linearità. Non c’è da sorprendersi, se queste quasiparticelle sono tenute a portare cambiamenti rivoluzionari nell’optoelettronica attraverso un meccanismo del tutto nuovo per il controllo dei dispositivi mediante la luce. La nuova fisica, introdotta oltre a ciò che viene visto in altri sistemi coerenti in modo macroscopico, fornisce anche un ambiente unico per la formazione in ambito di polaritonica. Il progetto CLERMONT4 ha supportato la ricerca di fenomeni quantistici coerenti straordinari dimostrati mediante polaritoni a temperature molto elevate. Tra i molti ed emozionanti risultati vi è la formazione di solitoni di gap legati al potenziale creato da una fonte di eccitoni non condensati. I solitoni di gap associati a ogni lato delle fonti di eccitoni formano degli ibridi in combinazioni lineari simmetriche e anti-simmetriche. Ancora più importante, è stato scoperto che i polaritoni si condensano spontaneamente in uno di questi stati, a seconda delle condizioni di eccitazione. Inoltre, il know-how scientifico maturato nell’ambito del progetto CLERMONT4 ha fornito opportunità di lavoro a 50 giovani ricercatori nel mondo accademico e nel settore della polaritonica. Un importante numero di esperti ha trovato una posizione di professore prima della fine della durata di quattro anni relativa all’ITN.
Parole chiave
Fisica, polaritoni, microcavità, dispositivi logici, CLERMONT4, eccitone
