Figura del artículo 'Optomechanical parametric oscillation of a quantum light-fluid lattice' | El físico Andrés Reynoso, miembro del grupo de investigación Quantum Theory of Nanostructures de la Universidad de Sevilla, acaba de publicar un artículo de gran impacto como primer autor en la revista Physical Review B en colaboración con investigadores de Argentina y Alemania. Para este trabajo los científicos han diseñado trampas para la luz y para el sonido basadas en semiconductores de arseniuro de galio. Cada trampa consiste en una zona de arseniuro de galio ubicada entre dos redes multicapa que funcionan como sendos espejos tanto para la luz como para el sonido. La situación es similar a una cuerda de guitarra que según su longitud y grosor, por estar atrapada a sus extremos, vibra a una frecuencia permitida generando una nota musical bien definida. En el caso del sonido atrapado en estas muestras lo que vibra son los átomos que componen el material de la cavidad y dicha vibración tiene una frecuencia permitida de 20GHz. Este rango de frecuencia es de los más altos alcanzados para el sonido y tiene interés tecnológico. Debido a la física cuántica las vibraciones mecánicas o sonoras en un material se ocupan de manera discreta en partículas llamadas fonones. Controlar los fonones mediante la luz incidente en la muestra es un logro fundamental del trabajo. "Para lograr esto la luz debe interactuar con las vibraciones. La cavidad para ello juega un papel fundamental. En forma análoga al sonido, la luz atrapada en la cavidad vibra a una frecuencia permitida bien definida. La luz forma partículas llamadas polaritones al combinarse con excitones de pozos cuánticos ubicados en la cavidad. Cada excitón en un semiconductor está formado por un par electrón-hueco generado por el láser de excitación. Los estados en la cavidad permitidos para los polaritones, mezcla entre luz y exciton, pueden ser ocupados por muchos polaritones de manera coherente y macroscópica en analogía con un láser de luz. Esto se logra incrementando la potencia del láser incidente que genera más excitones y más luz en la cavidad. Por encima de cierta potencia crítica los polaritones ocupan el mismo estado formando lo que se conoce como un condensado de Bose-Einstein. Esto se visualiza en el espectro de la luz que sale de cada trampa. El condensado en la trampa más iluminada por el láser tiene más ocupación de polaritones y su energia es diferente a los condensados menos ocupados de las trampas vecinas. Esta diferencia de energía entre condensados de polaritones resulta ser un elemento fundamental para el control de los fonones logrado en el experimento", explica con detalle este investigador. En este trabajo los expertos mostraron que la interacción entre los polaritones y los fonones es capaz de acoplar los condensados de polaritones en dos trampas separadas. Ese acoplamiento produce la creación de pares de fonones. De esta manera por primera vez se utilizan condensados polaritónicos de trampas vecinas para generar fonones coherentes de a pares. Se verificó de manera experimental que la energía de los fonones aparece en el espectro de la luz que sale de la cavidad cuando la energía de los condensados de polaritones de las trampas vecinas coincide con la necesaria para la creación de un par de fonones de 20GHz. En el trabajo se desarrolló un modelo teórico que explica exitosamente el fenómeno al mostrar que cada polariton que se transfiere de una trampa a la vecina pasa virtualmente por un estado de mayor energía generando dos fonones en dicho proceso opto-mecánico. El trabajo demuestra las posibilidades de usar condensados de Bose-Einstein de polaritones para controlar las vibraciones mecánicas del material. El entendimiento logrado permitirá realizar ingeniería en distintas geometrías de las trampas para manipular vibraciones de GHz con luz. A su vez es posible utilizar sonido para controlar la luz que sale de estos condensados. Por otro lado la creación de pares de partículas tiene aplicación en tecnologías cuánticas en especial para la generación de estados "comprimidos" (squeezed states) siendo comúnmente realizados con fotones: las partículas elementales de la luz. Los resultados de este trabajo representan un sendero para realizar este tipo de estados utilizando fonones de frecuencias de decenas de gigahertz. Andrés Reynoso es un físico de trayectoria internacional especializado en electrónica cuántica con experiencia postdoctoral en Dinamarca, Australia y Argentina. En marzo de este año se ha incorporado al departamento de Física Aplicada II (ETS de Arquitectura) con un contrato de investigador vinculado al proyecto PAIDI "Geometría de Estados Cuánticos en Dispositivos Electrónicos y Fotónicos" (https://investigacion.us.es/sisius/sis_proyecto.php?idproy=33590). Referencia bibliográfica: Optomechanical parametric oscillation of a quantum light-fluid lattice, A. A. Reynoso, G. Usaj, D. L. Chafatinos, F. Mangussi, A. E. Bruchhausen, A. S. Kuznetsov, K. Biermann, P. V. Santos, and A. Fainstein, Phys. Rev. B 105, 195310 (2022) https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.195310 El artículo ha sido destacado como Editors' Suggestion y ha merecido un Feature Article (Synopsis) en la revista Physics. A Parametric Oscillator for Phonons https://physics.aps.org/articles/v15/s70 | 
