混合激子极化子粒子以负质量令人惊讶

对激子-极化子中负质量的惊人观察为这些奇怪的光物质混合粒子增加了另一个奇怪的维度。

量子科学与技术系(QST)的Matthias Wurdack博士，Tinghe Yun博士和Eliezer Estrecho博士正在试验激子极化子，当他们意识到在某些条件下色散变得倒置 - 相当于负质量。

更令人惊讶的是，意想不到的原因是损失。

“我们没想到 - 分散遵循非常非常规的行为，”Wurdack博士说，他是FLEET和QST的成员。

激子由电子和在半导体晶体中配对的空穴形成。如果这对子与光子强烈耦合，就会形成一种称为激子-极化子的混合粒子。

激子-极化子在30多年前首次被观测到，并已被证明表现出显着的特性，包括超流动性和玻色-爱因斯坦凝聚态的形成。在世界各地，许多研究小组正在探索这些奇怪粒子的反直觉行为，希望它们能够支撑未来的低能耗技术。

对负质量的观察使埃琳娜·奥斯特罗夫斯卡娅教授小组的科学家们回到白板上，试图找出可能导致这种影响的原因。

实验的简单性，即集成在微腔中的单层二硫化钨，意味着它可以用简单的耦合振荡器模型近似，因此几乎没有意外影响的可能性。研究小组很快意识到，在他们的计算中，一个假想的耦合常数，称为耗散耦合，复制了他们的观察结果。

然而，他们努力理解数学模型，直到他们研究了其他领域，例如微波腔，并意识到假想耦合常数可能等同于轻物质系统的损失。

为了证实这种解释，该团队联系了由德国柏林工业大学的Andreas Knorr教授领导的二维系统中物理数值建模专家。他的团队的Manuel Katzer和Malte Selig博士能够确认负质量可能来自损失 - 特别是由于原子薄半导体中激子 - 极化子和声子之间的相互作用。

计算还表明，随着激子 - 声子相互作用被关闭，质量从正变为负，这是ANU随后的实验所再现的行为。研究结果现已发表在Nature Communications上。

Wurdack博士将激子-极化子的行为比作湖上船只的行为。

“活性材料中的声子就像湖上的波浪，会影响船只的运动 - 重定向它们，导致它们摇摆和倾覆。这降低了它们的动能，总体上导致动量，能量和占用数量的损失，“他说。

在寻求低能耗技术的过程中，科学家们不遗余力地减少或消除损失，同样来自FLEET的Estrecho博士说。

“通常情况下，我们不希望亏损，但这里的损失给了我们一些新的东西，”他说。“它使我们能够向强耦合系统引入负质量。

这一发现是激子-极化子反直觉行为的另一个方面，Wurdack博士说。

“这种行为可用于色散工程，可能用于探测新的物理学并创造尚未梦想的设备。我无法使用这种色散工程预测未来应用的程度，但我希望这将在未来的研究活动中得到探索，“他说。

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