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Fluidi quantistici di luce.

Fonte: Le Scienze

09 agosto 2019

Comunicato stampa

Fluidi quantistici di luce

Fonte: Cnr-NanotecGiunzione Josepshon che si forma tra due

fluidi quantistici di luce creati da due laser

coerenti Ricercatori Cnr-Nanotec hanno

dimostrato che è possibile realizzare una

giunzione Josephson in superfluidi

quantistici di polaritoni.

Analogamente a ciò che avviene tra super-

conduttori separati da un isolante, è stata

osservata, per la prima volta in fluidi di luce

interagente, una giunzione Josephson

artificiale, dovuta alla differenza di fase fra

due fluidi quantistici.

Lo studio, è stato condotto in collaborazione

con l'Istituto di fisica dell'Accademia polacca

delle scienze ed è pubblicato su "Nature

Photonics"

Nell'ultimo decennio, lo sviluppo di nuovi

materiali ha portato alla creazione di dispositivi

in cui anche la luce si comporta come un fluido

quantistico, in alcune delle più intriganti

manifestazioni della fisica quantistica -

superfluidità, superconduzione e condensa-

zione di Bose-Einstein - su scala macroscopica,

ovvero in sistemi con migliaia di particelle.

In un articolo pubblicato su Nature

Photonics, i ricercatori dell'Istituto di nano-

tecnologia del Consiglio nazionale delle

ricerche (Cnr-Nanotec) di Lecce, in collabora-

zione con l'Istituto di fisica dell'Accademia

polacca delle scienze, hanno dimostrato

che è possibile realizzare una giunzione

Josephson (JJ) in superfluidi quantistici di

polaritoni.  

"Con questa complessa definizione tecnica,

probabilmente poco comprensibile per i non

addetti ai lavori, si esprime un fenomeno

molto particolare che si può osservare al

confine tra due fluidi quantistici di luce.

In termini metaforici accade qualcosa di

analogo a quanto avviene laddove l'oceano

Pacifico e il mar glaciale Artico si incontrano:

apparentemente non si mischiano, ed al

bordo dei due fluidi classici si crea una barriera

ben definita, dovuta alle differenti salinità,

densità e temperatura delle acque", spiega

Dario Ballarini, ricercatore Cnr-Nanotec e

coordinatore del lavoro.

"Noi abbiamo osservato per la prima volta in

fluidi di luce interagente, similmente a ciò che

avviene alla giunzione tra due materiali

superconduttori separati da un sottile strato

isolante, una vera e propria giunzione

Josephson artificiale, dovuta invece alla dif-

ferenza di fase dei due fluidi quantistici".

La differenza di fase può essere paragonata

a uno scalino, un dislivello tra i due fluidi.

La giunzione Josephson è alla base di svariate

applicazioni, come ad esempio gli Squid, i

dispositivi di interferenza quantistica a super-

conduttore che permettono misure di campo

magnetico con una precisione estremamente

elevata.

Ed è parte integrante, tra gli altri, degli scanner

ultrasonori a risonanza magnetica (MRI)

utilizzati in medicina.

Nel recente lavoro pubblicato su Nature

Photonics gli autori hanno trovato un modo

per generare tale 'scalino' in un fluido quantistico

polaritonico, un fluido di luce che 'vive' dentro

un dispositivo a semiconduttore.

"Per noi è stato sorprendente non solo osservare

la formazione di una giunzione di Josephson

artificialmente creata con raggi laser sul nostro

fluido polaritonico, ma anche di veder nascere

vortici quantistici (mulinelli con momento

angolare quantizzato) ai bordi della giunzione",

prosegue Ballarini, "Questi vortici, chiamati

appunto di Josephson, sono infatti molto difficili

da osservare sia nei superconduttori come nei

fluidi quantistici standard (atomi freddi ed elio

liquido), mentre per condensati di polaritoni,

controllabili con la luce, è stato possibile generare

specifici salti di velocità del fluido, come cascate,

che hanno permesso di misurare questi particolari

mulinelli quantistici".

"Mentre la temperatura operativa, nel caso

specifico, è limitata dal particolare tipo di semicondut-

tore utilizzato, questo risultato può essere

facilmente esteso a temperatura ambiente,

utilizzando semiconduttori organici o ibridi,

come abbiamo già fatto in passato per dimostrare

ad esempio la superfluidità", commenta Daniele

Sanvitto, ricercatore Cnr-Nanotec e coordinatore

del progetto di ricerca.

"Questa nuova tecnologia può contribuire sia

nel campo della fisica fondamentale allo studio

delle dinamiche di fluidi quantistici fuori

dall'equilibrio, sia allo sviluppo di nuove

applicazioni, dove è importante una elevata

sensibilità nella misurazione, di imaging ad

alta risoluzione o nel campo dell'elaborazione

quantistica".