Ученые из Сколтеха, Варшавского университета и Университета Исландии добились значительных успехов в области контроля спиновых потоков в «жидком свете» — поляритонных конденсатах. Они доказали, что с помощью оптических инструментов возможно возбуждать и перемешивать экситон-поляритонные конденсаты, которые излучают линейно поляризованный свет с осью, следующей за направлением перемешивания.
Управление спинами играет важную роль в различных сферах — от магнитно-резонансного томографирования до управления когерентными состояниями в квантовых вычислительных системах. В этой работе исследователи продемонстрировали, что скорость временной модуляции может достигать гигагерцового диапазона благодаря быстрой динамике поляритонной системы.
«Мы выяснили, что прецессия спина поляритона наблюдается исключительно при определенном резонансе внешнего воздействия и внутренних параметров системы», — прокомментировал соавтор исследования Степан Барышев, научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха.
Данный эффект подобен традиционному ЯМР в «жидком свете», но исключительно с использованием оптических полей вместо магнитных. Используя новую методику гигагерцового перемешивания в поляритонных конденсатах, разработанную в Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха, исследователям удалось достичь гигагерцовой управляемой прецессии спина с высокой фазовой стабильностью. Подобно стандартному ЯМР, прецессия спина возникает только при частоте перемешивания, находящейся в резонансе с самоиндуцированной частотой прецессии Лармора.
«В резонансе прецессии спина поляритона характеризуются исключительным временем дефазировки спина, равным 174 нс, что в 20 раз больше предыдущих наблюдений», — объяснил Степан.
Впервые в поляритонных конденсатах исследователи восстановили время спиновой когерентности T2, составившее 320 пс, на основе форм наблюдаемого спинового резонанса. T2 — это ключевая временная шкала для возможного применения поляритонов, определяющая скорость спиновой манипуляции и позволяющая сравнивать их с другими физическими системами.
Данный резонансный механизм предоставляет новые возможности для разработки инновационных спинтронных устройств, обладающих способностью управлять когерентными, высоконелинейными и вращающимися векторными источниками света. Кроме того, его можно использовать как когерентный источник света с вращающейся линейной поляризацией на частоте ГГц.
Новое достижение в управлении спинами открывает перспективы создания передовых методов сенсоров и непрерывных квантовых вычислений, основанных на поляритонных конденсатах. Полученные результаты могут обеспечить когерентный контроль над состоянием спинов поляритонных конденсатов, сравнимый с традиционными методами ЯМР, что может позволить использовать их даже при комнатной температуре, используя материалы с более стабильными экситонными резонансами.
Экспериментальная работа полностью выполнена в Центре фотоники Сколтеха. В исследовательскую группу вошли не только первый автор статьи, выпускник Сколтеха Иван Гнусов, но и научный сотрудник Степан Барышев, доцент Сергей Аляткин, младший научный сотрудник Кирилл Ситник и профессор Павлос Лагудакис. Сильную теоретическую поддержку оказал доктор Хельги Сигурдссон из Варшавского университета и Университета Исландии.
Источник: iXBT
