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| Dispersión de múltiples partículas en sistemas plasmónicos. Crédito: LSU |
Durante décadas, los estudiosos han creído que las propiedades estadísticas cuánticas de los bosones se conservan en los sistemas plasmónicos y, por tanto, no crearán una forma diferente de luz.
Este campo de investigación, en rápido crecimiento, se centra en las propiedades cuánticas de la luz y su interacción con la materia a escala nanométrica. Estimulados por los trabajos experimentales sobre la posibilidad de conservar las correlaciones no clásicas en las interacciones luz-materia mediadas por la dispersión de fotones y plasmones, se ha supuesto que una dinámica similar subyace a la conservación de las fluctuaciones cuánticas que definen la naturaleza de las fuentes de luz. La posibilidad de utilizar un sistema a nanoescala para crear formas exóticas de luz podría allanar el camino hacia los dispositivos cuánticos de próxima generación. También podría constituir una plataforma novedosa para explorar nuevos fenómenos cuánticos.
En los nuevos resultados publicados en Nature Communications, investigadores de la Universidad Estatal de Luisiana y de cuatro universidades colaboradoras han introducido un descubrimiento que cambia un paradigma en la plasmónica cuántica al demostrar el potencial de las nanoestructuras metálicas para producir diferentes formas de luz.
Su artículo, "Observation of the Modification of Quantum Statistics of Plasmonic Systems", escrito por colaboradores de la Universidad de Alabama en Huntsville, el Tecnológico de Monterrey, la Universidad Nacional Autónoma de México y la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, demuestra que las estadísticas cuánticas de los sistemas multipartícula no siempre se conservan en las plataformas plasmónicas. También describe la primera observación de la estadística cuántica modificada.
Los autores principales, el investigador postdoctoral de la LSU Chenglong You y el estudiante de posgrado de la LSU Mingyuan Hong, muestran que los campos ópticos cercanos proporcionan vías de dispersión adicionales que pueden inducir interacciones complejas entre partículas.
"Nuestros hallazgos desvelan la posibilidad de utilizar la dispersión multipartícula para llevar a cabo un control exquisito de los sistemas plasmónicos cuánticos", afirma You. "Este resultado reorienta un viejo paradigma en el campo de la plasmónica cuántica, en el que la física fundamental descubierta en nuestro hallazgo proporcionará una mejor comprensión de las propiedades cuánticas de los sistemas plasmónicos, y desvelará nuevas vías para realizar el control de los sistemas cuánticos multipartícula".
La investigación llevada a cabo por el Grupo de Fotónica Cuántica Experimental de la LSU que ha dado lugar a estos nuevos hallazgos se ha realizado en el Laboratorio de Fotónica Cuántica del profesor adjunto Omar Magaña-Loaiza.
"Diseñamos nanoestructuras metálicas, fabricadas en oro, para producir diferentes tipos de luz", dijo Hong. "Nuestra plataforma a nanoescala explota campos cercanos plasmónicos disipativos para inducir y controlar interacciones complejas en sistemas de muchos cuerpos de fotones. Esta capacidad nos permite controlar a voluntad las fluctuaciones cuánticas de los sistemas multifotónicos".
La posibilidad de diseñar luz con diferentes propiedades mecánicas cuánticas tiene enormes implicaciones para múltiples tecnologías cuánticas.
"Por ejemplo, nuestra plataforma permite reducir las fluctuaciones cuánticas de los sistemas multifotónicos para potenciar la sensibilidad de los protocolos de detección cuántica", dijo Magaña-Loaiza. "En nuestro laboratorio, explotaremos este exquisito grado de control para desarrollar simulaciones cuánticas del transporte de la luz. Esto permitirá el eventual diseño de células solares mejores y más eficientes".
Fuentes, créditos y referencias:
Chenglong You et al, Observation of the modification of quantum statistics of plasmonic systems, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25489-4