Polaritonet janë kuazigrimca (gati-grimca, grimca të rrejshme) që paraqiten kur çiftëzohet një foton me një fonon. Fononet janë eksitime të një materiali, apo vibrimet (dridhjet) e atomeve e molekulave brenda një materiali në mënyrë periodike në një frekuencë të caktuar (atomet e molekulat duken sikur kanë bërë koreografi e po vallëzojnë). Pra, çiftëzimin e dritës me këto dridhje, në shpjegimin kuantik e quajmë polariton. Polaritonet janë të llojeve të ndryshme, varësisht nga drita dhe nga grimca që bartë vibrimin me të cilin drita çiftëzohet.
Studimi i ri tregon për çiftëzimin e jashtëzakonshëm të dritës me një elektron duke krijuar një polariton grimce, gjë që nuk është vëzhguar asnjëherë më parë. Ky çiftëzim ka bërë që polaritoni rezultues të ketë karakteristika të fotonit dhe elektronit njëkohësisht, duke paraqitur kështu një gjendje të re të dritës. Kjo gjendje është arritur të krijohet në një nanogrimcë të përbërë nga një jopërçues topologjik. Nanogrimcat janë grimca të një materiali me përmasa që maten në nanometra deri në mikrometra. Një mikrometër ka 1000 nanometra, ndërsa një milimetër ka 1000 mikrometra. Pra, këto janë grimca jashtëzakonisht të vogla dhe për këtë arsye, veçoritë e materialit nga i cili përbëhen, në këtë rast, janë më të theksuara.
Materiali nga i cili përbëhen këto nanogrimca, jopërçuesi topologjik është gjithashtu material shumë i veçantë. Ai është parashikuar teorikisht më herët, por është vërejtur eksperimentalisht vetëm rreth një dekadë më parë. Materialet e zakonshme ndahen në përçues, gjysmëpërçues dhe jopërçues, sipas aftësisë së tyre për të përçuar rrymën elektrike. Kjo aftësi përcaktohet nga nivelet energjetike të atomeve të tyre. Këto nivele mbushen me elektrone, dhe elektronet e eksituara shkojnë në nivele më të larta. Grupet e niveleve i quajmë banda. Kur elektronet gjenden në vendin e tyre të zakonshëm, këtë e quajmë banda e valencës. Mbi të gjendet banda e përçueshmërisë, elektronet në të cilën janë elektronet që përçojnë rrymën. |
Mes këtyre dy bandave (zakonisht) gjendet niveli Fermi, i cili është niveli energjetik nën të cilin ndodhen të gjitha elektronet në temperaturën zero absolute. Te përçuesit, këto dy banda janë të mbivendosura. Te gjysmëpërçuesit, bandat kanë një hendek në mes, por ai është i ngushtë. Te jopërçuesit, hendeku mes bandave është i gjerë dhe i pakalueshëm, prandaj elektronet nuk arrijnë dot të kalojnë në bandën e përçueshmërisë. Tek jopërçuesit topologjikë ndodhin gjëra shumë të çuditshme. Megjithëse brendia e materialit është jopërçuese, sipërfaqja është e aftë të përçojë. Ato mund të quhen gjendje e veçantë e materies. Gjendjet sipërfaqësore të këtyre materialeve, në një farë mënyre “lidhin” dy bandat, duke e ulur energjinë e nevojshme për elektronet e gjendjeve sipërfaqësore për të qenë përçues. Përderisa zakonisht elektronet mund të kenë gjendje spini lart ose poshtë, elektronet në këto gjendje te jopërçuesit topologjikë kanë vetëm një spin të mundshëm (anash). Kjo krijon çiftëzimin spin-orbitë, i cili së bashku me simetrinë ndaj kohës janë shkaku i sjelljes së veçantë të këtyre materialeve. Meqë në këto materiale, gjendjet sipërfaqësore janë te delokalizuara (pra, nuk gjenden në një vend, por në të gjithë sipërfaqen), gabimet e fabrikimit, defektet, e joperfeksionet nuk luajnë fare rol në përçimin e rrymës në sipërfaqet e tyre. |
Ky zbulim ka rëndësi shumë të madhe në optikë (plazmonikë), elektrodinamikë kavitetesh e informacion kuantik. Përdorimi i këtyre veçorive do të ndihmonte në krijimin e qarqeve elektronike imune nga defektet, sepse përçimi nuk do të bëhej i pamundur për shkak të defektit. Gjithashtu, kjo gjendje e re e dritës do të ndihmonte në studimin e fenomeneve të ndryshme kuantike, të cilat për momentin mund të vëzhgohen vetëm në grimca shumë të vogla ose në temperatura të ulëta.
Referencat:
1. http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/news_4-8-2016-11-5-15
2. http://www.nature.com/ncomms/2016/160805/ncomms12375/full/ncomms12375.html
3. http://web.stanford.edu/group/fisher/research/TI.html
4. http://www.nature.com/nature/journal/v466/n7304/full/466323a.html