Сила связи света и материи

Теоретическое изучение показывает, что связь между светом и органической материей на наношкале открывает дверь для модификации оптических, электронных и химических свойств этих систем.

Свет и материя могут быть так сильно связаны, что их характеристики становятся неразличимыми. Такая связь называется поляритонами. Их энергия непрерывно колеблется между двумя системами, приводя к новым физическим явлениям. Теперь ученые из Франции объяснили, почему такие поляритоны могут оставаться необычно долгое время на самых нижних энергетических уровнях, что приводит к изменению микроскопических и макроскопических характеристик составляющей их материи. Это исследование прокладывает путь для оптических, электронных и химических применений.

Авторы выбрали для изучения поляритоны, образованные из органических молекул, которые сильно связываются с небольшим количеством фотонов. Они изучили динамику релаксации поляритонов при их переходах с высокоэнергетического уровня на низкоэнергетический. Чтобы сделать это, команда использовала строгий математический подход, называемый «одетые атомы», который делает возможным установить характеристики, такие как, например, частота переходов с верхнего энергетического уровня на нижний.

В этом исследовании авторы объясняют, почему время жизни в низшем энергетическом состоянии поляритонов гораздо больше, чем находящихся на более высоком. Эти новые результаты находятся в согласии с экспериментальными данными. Но они интуитивно не соответствуют тем, которые были получены из предыдущих теоретических методов аппроксимации на основе поведения несвязанных света и материи, в которых полагалось, что эти состояния имеют одинаковое время жизни.

Это исследование подтверждает, таким образом, что можно изменить пути колебательных переходов молекул между высшими и низшими уровнями энергии, химические скорости фотореакций или даже изменить проводимость в органических полупроводниках, как уже наблюдалось.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365