Поляритоны: квазичастицы, возникающие при взаимодействии электромагнитных волн.
Polariton
Поляритоны: квазичастицы, возникающие при сильном взаимодействии электромагнитных волн и дипольных возбуждений. Объяснение явления антипересечения и их свойств.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Квазичастицы, возникающие в результате взаимодействия электромагнитных волн
Quasiparticles arising from EM wave coupling
В физике поляритоны /p//ə/'/l//ær//ᵻ//t//ɒ//n//z//, //p//oʊ// / – это квазичастицы, возникающие в результате сильного взаимодействия электромагнитных волн с электрическим или магнитным диполем, несущим возбуждение. Они являются проявлением общего квантового явления, известного как антипересечение уровней, также известного как принцип избежания пересечения. Поляритоны описывают пересечение дисперсии света с любым взаимодействующим резонансом. В этом смысле поляритоны можно рассматривать как новые нормальные моды данного материала или структуры, возникающие в результате сильного взаимодействия исходных мод – фотона и дипольного колебания. Поляритон – бозонная квазичастица, и его не следует путать с поляроном (фермионная квазичастица), который представляет собой электрон вместе с присоединенным облаком фононов. Когда поляритонное описание применимо (то есть когда приближение слабого взаимодействия недействительно), модель свободно распространяющихся в кристалле фотонов оказывается недостаточной. Важной особенностью поляритонов является сильная зависимость скорости распространения света в кристалле от частоты фотона. Для экситонных поляритонов получено большое количество экспериментальных данных по различным аспектам, в частности, для оксида меди(I).
In physics, polaritons /p//ə/'/l//ær//ᵻ//t//ɒ//n//z//, //p//oʊ// / are quasiparticles resulting from strong coupling of electromagnetic waves with an electric or magnetic dipole carrying excitation. They are an expression of the common quantum phenomenon known as level repulsion, also known as the avoided crossing principle. Polaritons describe the crossing of the dispersion of light with any interacting resonance. To this extent polaritons can also be thought of as the new normal modes of a given material or structure arising from the strong coupling of the bare modes, which are the photon and the dipolar oscillation. The polariton is a bosonic quasiparticle, and should not be confused with the polaron (a fermionic quasiparticle), which is an electron plus an attached phonon cloud. Whenever the polariton picture is valid (i. e., when the weak coupling limit is an invalid approximation), the model of photons propagating freely in crystals is insufficient. A major feature of polaritons is a strong dependency of the propagation speed of light through the crystal on the frequency of the photon. For exciton polaritons, a wealth of experimental results on various aspects have been gained in the case of copper(I) oxide.
История
Колебания в ионизированных газах были впервые наблюдаемы Леви Тонксом и Ирвином Лангмуиром в 1929 году. Поларитоны впервые теоретически рассмотрел Кирилл Борисович Толпиго. В советской научной литературе они назывались световыми экситонами. Это название предложил Соломон Исаакович Пекар, но был принят термин «поляритон», предложенный Джоном Хопфилдом. Толпиго в 1950 году получил связанные состояния электромагнитных волн и фононов в ионных кристаллах и их дисперсионное соотношение, которые теперь известны как фононные поляритоны. Коллективные взаимодействия были опубликованы Дэвидом Пайнсом и Дэвидом Бомом в 1952 году, а плазмоны в серебре описаны Гербертом Фролихом и Х. Пелцером в 1955 году. Р. Х. Ричи предсказал существование поверхностных плазмонов в 1957 году, а затем Ричи и Х. Б. Элдридж в 1962 году опубликовали результаты экспериментов и предсказаний об излучаемых фотонах из облученных металлических фолий. Отто впервые опубликовал работы о поверхностных плазмон-поляритонах в 1968 году. Сверхтекучесть поляритонов при комнатной температуре была обнаружена в 2016 году Джованни Лерарио и др. в Институте нанотехнологий CNR NANOTEC с использованием органической микрополости, поддерживающей стабильные поляритоны экситона Френкеля при комнатной температуре. В феврале 2018 года ученые сообщили об открытии новой трехфотонной формы света, которая может включать поляритоны и быть полезной при разработке квантовых компьютеров.
Oscillations in ionized gases were observed by Lewi Tonks and Irving Langmuir in 1929. Polaritons were first considered theoretically by Kirill Borisovich Tolpygo. They were termed light excitons in Soviet scientific literature. That name was suggested by Solomon Isaakovich Pekar, but the term polariton, proposed by John Hopfield, was adopted. Coupled states of electromagnetic waves and phonons in ionic crystals and their dispersion relation, now known as phonon polaritons, were obtained by Tolpygo in 1950 Collective interactions were published by David Pines and David Bohm in 1952, and plasmons were described in silver by Herbert Fröhlich and H. Pelzer in 1955. R. H Ritchie predicted surface plasmons in 1957, then Ritchie and H. B. Eldridge published experiments and predictions of emitted photons from irradiated metal foils in 1962. Otto first published on surface plasmon polaritons in 1968. Room temperature superfluidity of polaritons was observed in 2016 by Giovanni Lerario et al., at CNR NANOTEC Institute of Nanotechnology, using an organic microcavity supporting stable Frenkel exciton polaritons at room temperature. In February 2018, scientists reported the discovery of a new three photon form of light, which may involve polaritons, that could be useful in the development of quantum computers.