Учёные Сколковского института науки и технологий, Варшавского университета и Исландского университета показали, что с помощью оптических методов можно возбуждать и «перемешивать» экситон-поляритонный конденсат, излучающий линейно поляризованный свет, направление оси поляризации которого совпадает с направлением его вынужденного вращения. Внешнее манипулирование спинами с помощью магнитных или оптических полей составляет основу для широкого спектра приложений — от магнитно-резонансной томографии до когерентного управления состояниями в квантовых вычислениях.
Вращение линейной поляризации излучаемого света находится в прямом соответствии с перемешиванием спина поляритона. Скорость такой модуляции по времени может достигать гигагерцового диапазона за счёт сверхскоростной динамики поляритонной системы. Учёные установили факт возникновения такой прецессии только при определённом резонансном состоянии внешнего «перемешивания» c внутренними параметрами системы. Результаты исследования учёных опубликованы в журнале Optica.
Одним из наиболее эффективных способов управления спинами является ларморовская прецессия, которая возникает у магнитного материала, помещённого в поперечное магнитное поле, вследствие чего его спины начинают стабильно вращаться (прецессировать) вокруг линий магнитного поля с частотой, пропорциональной величине воздействующего на них поля.
«Использование дополнительного радиочастотного магнитного поля, находящегося в резонансе с частотой прецессии, приводит к появлению резонансного отклика исследуемой системы (например, ядерного (ЯМР) или электронного (ЭМР) магнитного резонанса), который можно измерять и использовать. Яркий пример такого использования — визуализация тканей организма человека в медицинских аппаратах МРТ», — отметил соавтор исследования Степан Барышев, научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха.
Учёные-физики из Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха открыли аналогичный традиционному ЯМР эффект в так называемом «жидком свете» — поляритонных конденсатах. Примечательно, что для получения этого эффекта использовались не магнитные поля, а только оптические.
Исследователями Сколтеха был открыт эффект резонанса в случае полностью оптической накачки спиновой прецессии в микрорезонаторах при криогенных температурах. В предыдущих исследованиях группа учёных Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха под руководством профессора Павлоса Лагудакиса показала, что в микрорезонаторных поляритонах характерное энергетическое расщепление, возникающее под воздействием лазерного возбуждения с эллиптической поляризацией, выполняет функцию магнитного поля. В результате возникает самоиндуцированная ларморовская прецессия спина поляритонных конденсатов. Используя разработанную в лаборатории новую методику гигагерцового вращения поляритонного конденсата, учёные получили эффект гигагерцовой спиновой прецессии с высокой фазовой стабильностью. Аналогично традиционному ЯМР, спиновая прецессия возникает только в тех случаях, когда частота вращения находится в резонансе с частотой самоиндуцированной ларморовской прецессии.
«Важно отметить, что при возникновении резонанса поляритонная спиновая прецессия демонстрирует крайне длительное время дефазировки спина — 174 нс, что в двадцать раз больше ранее зарегистрированных значений. Этот показатель свидетельствует об исключительно высокой стабильности прецессии. Резонанс наблюдался при изменении различных параметров системы, таких как частота вращения, эллиптичность поляризации и мощность накачки лазера», — продолжил Степан.
