Một bộ dao động điều hòa lượng tử—một cấu trúc có thể kiểm soát vị trí và năng lượng của các hạt lượng tử mà trong tương lai có thể được sử dụng để phát triển các công nghệ mới bao gồm OLED và laser thu nhỏ—đã được các nhà nghiên cứu do Đại học St. Andrews.
Nghiên cứu được thực hiện với sự cộng tác của các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore và được xuất bản trên tạp chí Nature Communications gần đây, sử dụng một chất bán dẫn hữu cơ để tạo ra các phân cực, thể hiện các trạng thái lượng tử ngay cả ở nhiệt độ phòng.
Polariton là hỗn hợp lượng tử của ánh sáng và vật chất được tạo ra bằng cách kết hợp các kích thích trong một vật liệu bán dẫn với photon, hạt cơ bản tạo thành ánh sáng. Để tạo ra các phân cực, các nhà nghiên cứu đã bẫy ánh sáng trong một lớp mỏng chất bán dẫn hữu cơ (loại vật liệu phát sáng được sử dụng trong màn hình điện thoại thông minh OLED) mỏng hơn 100 lần so với một sợi tóc người, được kẹp giữa hai tấm gương có độ phản chiếu cao.
Polariton, giống như độ ẩm trong không khí, có thể ngưng tụ và tạo thành một loại chất lỏng. Các nhà nghiên cứu đã tập hợp chất lỏng lượng tử này trong một mô hình chùm tia laze để kiểm soát các đặc tính của nó. Điều này làm cho chất lỏng dao động với một loạt các tần số điều hòa giống như dao động của dây đàn violon. Hình dạng của các trạng thái dao động lượng tử hóa này khớp với hình dạng của một “bộ dao động điều hòa lượng tử”.
Một trong những người đứng đầu dự án, Tiến sĩ Hamid Ohadi, thuộc Trường Vật lý và Thiên văn học tại Đại học St Andrews, cho biết: “Đây là một vấn đề trong sách giáo khoa mà chúng tôi xem xét với các sinh viên của mình trong các khóa học vật lý lượng tử là bộ dao động điều hòa lượng tử. Chúng tôi từng nghĩ rằng người ta cần các phương pháp làm mát tinh vi để xem các bộ dao động này. Chúng tôi thấy rằng hiện tượng vật lý cơ bản này có thể được nhìn thấy tại nhiệt độ phòng quá."
Đồng nghiệp của ông, Giáo sư Graham Turnbull, nói thêm: “Bằng cách nghiên cứu bộ dao động lượng tử này, chúng tôi đang học cách kiểm soát vị trí và chuyển động của các phân cực. Trong tương lai, chúng tôi hy vọng sẽ khai thác kiến thức này để phát triển các công nghệ lượng tử mới cho cảm biến môi trường hoặc các loại OLED và laser thu nhỏ mới”.
Giáo sư Ifor Samuel, cũng là thành viên của nhóm dự án ở St Andrews, cho biết: “Một trong những khía cạnh đáng chú ý nhất của nghiên cứu này là chúng tôi kích thích mẫu ở một nơi, nhưng hãy xem (phân cực) phát ra tia khác, cho thấy hỗn hợp lượng tử của ánh sáng và vật chất có thể truyền đi những khoảng cách vĩ mô. Điều này có thể hữu ích không chỉ cho laser mà còn cho pin mặt trời".
