Diffusion multiparticulaire dans les systèmes plasmoniques. Crédit : LSU
Les chercheurs de LSU Quantum réorganisent la distribution des photons pour créer différentes sources lumineuses.
Pendant des décennies, les chercheurs ont cru que les propriétés statistiques quantiques des bosons sont préservées dans les systèmes plasmoniques et ne créeront donc pas de forme de lumière différente.
Ce domaine de recherche en croissance rapide se concentre sur les propriétés quantiques de la lumière et son interaction avec la matière à l’échelle nanométrique. Stimulé par des travaux expérimentaux sur la possibilité de préserver des corrélations non classiques dans les interactions lumière-matière médiées par la diffusion de photons et de plasmons, il a été supposé que des dynamiques similaires sous-tendent la conservation des fluctuations quantiques qui définissent la nature des sources lumineuses. La possibilité d’utiliser un système à l’échelle nanométrique pour créer des formes de lumière exotiques pourrait ouvrir la voie à des dispositifs quantiques de nouvelle génération. Il pourrait également constituer une nouvelle plate-forme pour explorer de nouveaux phénomènes quantiques.
Dans les nouvelles découvertes publiées dans Communication Nature, des chercheurs de la Louisiana State University et de quatre universités partenaires ont présenté une découverte qui modifie un paradigme de la plasmonique quantique en démontrant le potentiel des nanostructures métalliques à produire différentes formes de lumière.
Leur article, “Observation of the Modification of Quantum Statistics of Plasmonic Systems”, écrit par des collaborateurs de l’Université d’Alabama à Huntsville, Tecnologico de Monterrey, Universidad Nacional Autónoma de México et Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, démontre que les statistiques quantiques de multiparticule les systèmes ne sont pas toujours conservés dans les plates-formes plasmoniques. Il décrit également la première observation des statistiques quantiques modifiées.
Les auteurs principaux, le chercheur postdoctoral LSU Chenglong You et l’étudiant diplômé LSU Mingyuan Hong, montrent que les champs proches optiques fournissent des chemins de diffusion supplémentaires qui peuvent induire des interactions multiparticulaires complexes.
“Nos résultats dévoilent la possibilité d’utiliser la diffusion multiparticulaire pour effectuer un contrôle exquis des systèmes plasmoniques quantiques”, a déclaré You. “Ce résultat réoriente un ancien paradigme dans le domaine de la plasmonique quantique où la physique fondamentale découverte dans notre découverte fournira une meilleure compréhension des propriétés quantiques des systèmes plasmoniques et dévoilera de nouvelles voies pour effectuer le contrôle des systèmes quantiques multiparticulaires.”
Les recherches menées par le groupe de photonique quantique expérimentale du LSU pour les nouvelles découvertes ont été menées dans le laboratoire de photonique quantique du professeur adjoint Omar Magaña-Loaiza.
“Nous avons conçu des nanostructures métalliques, fabriquées en or, pour produire différents types de lumière”, a déclaré Hong. « Notre plate-forme à l’échelle nanométrique exploite les champs proches plasmoniques dissipatifs pour induire et contrôler des interactions complexes dans les systèmes de photons à plusieurs corps. Cette capacité nous permet de contrôler à volonté les fluctuations quantiques des systèmes multiphotoniques.
La possibilité de concevoir une lumière avec différentes propriétés mécaniques quantiques a d’énormes implications pour de multiples technologies quantiques.
“Par exemple, notre plate-forme permet de réduire les fluctuations quantiques des systèmes multiphotoniques pour augmenter la sensibilité des protocoles de détection quantique”, a déclaré Magaña-Loaiza. « Dans notre laboratoire, nous exploiterons ce degré de contrôle exquis pour développer des simulations quantiques du transport de la lumière. Cela permettra la conception éventuelle de cellules solaires meilleures et plus efficaces. »
Référence : « Observation of the modification of quantum statistics of plasmonic systems » par Chenglong You, Mingyuan Hong, Narayan Bhusal, Jinnan Chen, Mario A. Quiroz-Juárez, Joshua Fabre, Fatemeh Mostafavi, Junpeng Guo, Israel De Leon, Roberto de J León-Montiel et Omar S. Magaña-Loaiza, le 27 août 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25489-4
Cette recherche a été soutenue par le département américain de l’Énergie.
Le groupe de photonique quantique du département de physique et d’astronomie de LSU étudie de nouvelles propriétés de la lumière et leur potentiel pour le développement de technologies quantiques. L’équipe mène également des recherches expérimentales dans les domaines de la plasmonique quantique, de l’imagerie quantique, de la métrologie quantique, de la simulation quantique, de la communication quantique et de la cryptographie quantique.
