Fonte: Le Scienze09 agosto 2019Comunicato stampaFluidi quantistici di luceFonte: Cnr-Nanotec
Giunzione Josepshon che si forma tra duefluidi quantistici di luce creati da due lasercoerenti Ricercatori Cnr-Nanotec hannodimostrato che è possibile realizzare unagiunzione Josephson in superfluidiquantistici di polaritoni.Analogamente a ciò che avviene tra super-conduttori separati da un isolante, è stataosservata, per la prima volta in fluidi di luceinteragente, una giunzione Josephsonartificiale, dovuta alla differenza di fase fradue fluidi quantistici.Lo studio, è stato condotto in collaborazionecon l'Istituto di fisica dell'Accademia polaccadelle scienze ed è pubblicato su "NaturePhotonics"Nell'ultimo decennio, lo sviluppo di nuovimateriali ha portato alla creazione di dispositiviin cui anche la luce si comporta come un fluidoquantistico, in alcune delle più intrigantimanifestazioni 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 NaturePhotonics, i ricercatori dell'Istituto di nano-tecnologia del Consiglio nazionale dellericerche (Cnr-Nanotec) di Lecce, in collabora-zione con l'Istituto di fisica dell'Accademiapolacca delle scienze, hanno dimostratoche è possibile realizzare una giunzioneJosephson (JJ) in superfluidi quantistici dipolaritoni. "Con questa complessa definizione tecnica,probabilmente poco comprensibile per i nonaddetti ai lavori, si esprime un fenomenomolto particolare che si può osservare alconfine tra due fluidi quantistici di luce.In termini metaforici accade qualcosa dianalogo a quanto avviene laddove l'oceanoPacifico e il mar glaciale Artico si incontrano:apparentemente non si mischiano, ed albordo dei due fluidi classici si crea una barrieraben definita, dovuta alle differenti salinità,densità e temperatura delle acque", spiegaDario Ballarini, ricercatore Cnr-Nanotec ecoordinatore del lavoro."Noi abbiamo osservato per la prima volta influidi di luce interagente, similmente a ciò cheavviene alla giunzione tra due materialisuperconduttori separati da un sottile stratoisolante, una vera e propria giunzioneJosephson artificiale, dovuta invece alla dif-ferenza di fase dei due fluidi quantistici".La differenza di fase può essere paragonataa uno scalino, un dislivello tra i due fluidi.La giunzione Josephson è alla base di svariateapplicazioni, come ad esempio gli Squid, idispositivi di interferenza quantistica a super-conduttore che permettono misure di campomagnetico con una precisione estremamenteelevata.Ed è parte integrante, tra gli altri, degli scannerultrasonori a risonanza magnetica (MRI)utilizzati in medicina.Nel recente lavoro pubblicato su NaturePhotonics gli autori hanno trovato un modoper generare tale 'scalino' in un fluido quantisticopolaritonico, un fluido di luce che 'vive' dentroun dispositivo a semiconduttore."Per noi è stato sorprendente non solo osservarela formazione di una giunzione di Josephsonartificialmente creata con raggi laser sul nostrofluido polaritonico, ma anche di veder nascerevortici quantistici (mulinelli con momentoangolare quantizzato) ai bordi della giunzione",prosegue Ballarini, "Questi vortici, chiamatiappunto di Josephson, sono infatti molto difficilida osservare sia nei superconduttori come neifluidi quantistici standard (atomi freddi ed elioliquido), mentre per condensati di polaritoni,controllabili con la luce, è stato possibile generarespecifici salti di velocità del fluido, come cascate,che hanno permesso di misurare questi particolarimulinelli quantistici"."Mentre la temperatura operativa, nel casospecifico, è limitata dal particolare tipo di semicondut-tore utilizzato, questo risultato può esserefacilmente esteso a temperatura ambiente,utilizzando semiconduttori organici o ibridi,come abbiamo già fatto in passato per dimostraread esempio la superfluidità", commenta DanieleSanvitto, ricercatore Cnr-Nanotec e coordinatoredel progetto di ricerca."Questa nuova tecnologia può contribuire sianel campo della fisica fondamentale allo studiodelle dinamiche di fluidi quantistici fuoridall'equilibrio, sia allo sviluppo di nuoveapplicazioni, dove è importante una elevatasensibilità nella misurazione, di imaging adalta risoluzione o nel campo dell'elaborazionequantistica".