Международная группа физиков впервые смогла экспериментально зарегистрировать переход между двумя принципиально разными состояниями материи. Ученые разработали теоретическую модель, объясняющую такой переход, и обнаружили способ «переключаться» между разными состояниями. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.

При воздействии электромагнитных волн на некоторые среды могут возникать так называемые поляритоны (сложные квазичастицы, гибрид материального возбуждения и кванта света). Физики выделяют два возможных состояния поляритонов. Так, они могут объединиться в своего рода волну, солитон, и распространяться в среде, не меняя коллективных размеров и свойств (то есть вести себя как одна большая частица). Второе возможное состояние поляритонов — конденсат Бозе — Эйнштейна, когда все квазичастицы переходят в состояние с минимальной энергией и равномерно распространяются по всей системе. Авторам исследования удалось наблюдать переход между двумя этими режимами.

Работа международной группы исследователей состояла из двух частей: экспериментальной и теоретической. Ученые из Университета Шеффилда (Великобритания) получили из полупроводникового материала систему с точно заданными свойствами. Затем исследователи с помощью лазера создали в системе поляритоны и зарегистрировали излучение от них. Изменяя параметры лазера, ученые смогли наблюдать переход из состояния поляритонного солитона в конденсат Бозе — Эйнштейна. Теоретическая группа Университета ИТМО разработала модель, количественно описывающую экспериментальные наблюдения.

По заявлениям ученых, полученное описание переключения состояний может стать базой для создания новых миниатюрных устройств на основе этого явления. В дальнейшие планы ученых входит уменьшение размеров систем для создания таких переходов до субволнового масштаба. Полученные таким образом устройства можно будет использовать для телекоммуникаций или, например, создания новых лазеров.