Luce liquida in un chip

Pubblicato su Nature uno studio frutto di una collaborazione internazionale guidata dall’Istituto di nanotecnologia del Cnr e dall’Università di Pavia

Pubblicato su Nature uno studio che permette di osservare per la prima volta una “luce liquida” in un microchip. Sono esperimenti realizzati all’Istituto di nanotecnologia di Lecce. Hanno profonde implicazioni sia per lo studio delle proprietà fondamentali dei sistemi di bosoni interagenti, sia per lo sviluppo di tecnologie per l’informazione quantistica.

La materia esiste in differenti stati: solido, liquido, gassoso e plasma. A questi però se ne deve aggiungere un quinto: il condensato di Bose-Einstein in grado di connettere il comportamento dei sistemi di particelle a livello microscopico regolato dalle leggi della meccanica quantistica e quello macroscopico in genere regolato dalla fisica classica.

La condensazione di Bose-Einstein

Tale condensazione avviene in uno stato intrinsecamente instabile, quello che si chiama punto di sella (Fig. 1b). È un fenomeno apparentemente paradossale che si rende possibile grazie alle proprietà di simmetria della guida d’onda. Proprietà che proteggendo le particelle del condensato dalle perturbazioni esterne ne permettono la formazione e lo rendono particolarmente stabile nel tempo.

“In un condensato di Bose-Einstein -spiega Vincenzo Ardizzone, ricercatore al Cnr-Nanotec-, le particelle occupano un unico stato del sistema. In condizioni opportune un sistema di questo tipo può comportarsi come un “fluido quantistico” in grado di superare ostacoli senza subire deviazioni”.

“Il fenomeno della condensazione recentemente osservato anche nei materiali semiconduttori stimolati otticamente mediante laser -aggiunge Dario Gerace, co-autore del lavoro e docente di Fisica teorica della Materia presso il Dipartimento di Fisica di Pavia-, permette di ottenere delle quasi-particelle di natura ibrida. Ovvero costituite da fotoni e stati eccitati della materia, dette “polaritoni”.

“Sono esperimenti che portiamo avanti da diversi anni nei laboratori di Lecce -commenta Daniele Sanvitto, dirigente di ricerca del Cnr-Nanotec e responsabile del team di fotonica avanzata-, hanno permesso di definire un nuovo concetto di fluido quantistico. In particolare spesso menzionato come “fluido quantistico di luce””.

“C’è da considerare che queste dimostrazioni sono ottenute in sistemi nanostrutturati complessi -conclude-, ovvero costituiti da multistrati di semiconduttori piuttosto spessi e costosi da realizzare. Invece la nuova osservazione oltre all’interesse di natura fondamentale, vale a dire lo studio di fenomeni fisici unici, che normalmente si verificano solo a temperature bassissime in sistemi complessi come gas atomici confinati ed isolati dall’ambiente esterno, promette anche notevoli risvolti applicativi, quali ad esempio la realizzazione di sorgenti di luce coerente, laser a bassa soglia o a soglia nulla”.