Nova pesquisa explica como a luz pode se comportar como um fluido quântico em semicondutores, abrindo possibilidades para novos tipos de fontes práticas de luz quântica
A luz normalmente se espalha e escapa dos dispositivos ópticos, por isso não é óbvio como os fótons podem se comportar como os átomos de um condensado de Bose-Einstein (BEC). No entanto, experiências mostraram que, nas condições certas, os fotões presos em cavidades microscópicas de semicondutores podem acumular-se num único estado quântico, mesmo à temperatura ambiente. O que falta é uma explicação clara de como isso acontece em materiais semicondutores reais.
Novas pesquisas fornecem essa explicação. Os autores desenvolvem uma teoria detalhada que rastreia como os fótons interagem com os elétrons e buracos dentro de um semicondutor enquanto o sistema é continuamente bombeado com energia. Ao contrário dos modelos anteriores que tratavam o semicondutor como um simples fundo térmico, esta teoria segue como todas as partes do sistema evoluem juntas, incluindo colisões de partículas, perdas de energia e troca de calor com o materials circundante.
A principal descoberta é que as colisões entre portadores de carga (espalhamento de Coulomb) permitem que os fótons compartilhem energia e esfriem efetivamente. Em altas densidades de partículas, esse processo é forte o suficiente para fazer com que os fótons se comportem como se estivessem em equilíbrio térmico, permitindo-lhes formar um condensado. Este mecanismo é muito diferente daquele dos condensados de fótons à base de corantes, onde as vibrações das moléculas fazem a maior parte da termalização.
A teoria também prevê vários regimes distintos: luz térmica comum, condensação de fótons monomodo e multimodo e comportamento padrão do laser. É importante ressaltar que os experimentos podem alternar entre esses regimes ajustando parâmetros como o design da cavidade e a força de bombeamento.
Ao explicar como os estados quânticos da luz podem surgir em dispositivos semicondutores compactos à temperatura ambiente, este trabalho poderá permitir novas tecnologias fotónicas quânticas, incluindo fontes de luz avançadas para comunicações, detecção e processamento de informação.