Only Perception: 物理家首度利用光控制量子穿隧

2012-04-09

物理家首度利用光控制量子穿隧

Physicists control quantum tunneling with light for the first time
http://phys.org/news/2012-04-physicists-quantum-tunneling.html

April 5, 2012

劍橋大學 Cavendish 實驗室的科學家利用光幫忙電子穿過傳統上不可能跨越的障礙。雖然量子穿隧（quantum tunnelling）是粒子「波」本質的核心部份，但這是它首度受到光的控制。他們的研究於 4/5 發表在 Science 期刊上。

粒子通常無法穿越障壁，但如果它們夠小，量子力學說那會發生。這發生在放射性衰變期間以及在許多化學反應中還有在掃描穿隧電子顯微鏡（STM）裡。

根據團隊領導者，Jeremy Baumberg 教授表示，"告訴電子如何穿牆而過的技巧是，現在它們要與光結合（marry with，譯註：marry 在此一語雙關）。"

這樣的「婚姻」是命中注定的，因為光是處於共振腔光子（cavity photons）的形態，受陷的光封包在鏡子間來回反彈，那夾雜著傳過其障壁的電子振盪。

研究科學家 Peter Cristofolini 補充表示："這起婚姻的後代事實上是新的不可分割粒子（indivisible particles），由光與物質構成，那隨意穿過厚板般的半導體障壁消失無蹤。"

這些新粒子 -- 該團隊起名為「dipolaritons（偶偏振子，譯註：偏振子亦有人翻成極化(電磁)聲子）」-- 的特徵之一是，它們是朝特定方向延伸，而不是像棒狀磁鐵那樣。而且就如同磁鐵那樣，它們彼此之間感受到極強大的力量。

有如此強烈交互作用的粒子，最近受到半導體物理學家大量關注，他們試圖製造凝聚體，相當於半導體中的超導體與超流體，行進時不會產生損耗。

同一時間存在於二個地方，新的電子粒子有望從原子物理學的構想轉變成實用的裝置，用的是肉眼可見的量子力學。

※ 相關報導：

＊ Coupling Quantum Tunneling with Cavity Photons
http://dx.doi.org/10.1126/science.1219010

Peter Cristofolini, Gabriel Christmann, Simeon I. Tsintzos,
George Deligeorgis, George Konstantinidis,
Zacharias Hatzopoulos, Pavlos G. Savvidis,
Jeremy J. Baumberg
Science 2012
doi: 10.1126/science.1219010

Quasiparticles（準粒子） made of such light-matter microcavity polaritons（光--物質微共振腔偏振子） have recently been demonstrated to Bose-condense into superfluids, whereas spatially separated Coulomb-bound electrons and holes possess strong dipole interactions. Using tunneling polaritons, we connect these two realms, producing bosonic quasiparticles with static dipole moments（具靜偶極矩的玻色準粒子）. Our resulting three-state system yields dark polaritons（暗態偏振子） analogous to those in atomic systems or optical waveguides offering new possibilities for electromagnetically induced transparency, room-temperature condensation, and adiabatic photonic to electronic transfer.