Dinamica dei Fluidi Quantici

I polaritoni sono particelle ibride di luce e materia, create dall’accoppiamento forte di stati elettronici eccitati in un semiconduttore e il campo fotonico in una microcavità. Recentemente, i polaritoni eccitonici in microcavità hanno attratto un interesse particolare per la loro capacità di effettuare una transizione di fase verso uno stato di coerenza collettiva, in un modo simile alla condensazione di Bose-Einstein dimostrata in atomi ultrafreddi.

Negli anni passati abbiamo assistito ad una fenomenologia incredibilmente ricca di effetti quantici nei fluidi di condensati polaritonici, che va dai flussi superfluidi e dalle correnti persistenti fino all’osservazione di dinamiche complesse di formazione, stabilità e movimento di vortici quantizzati. Più recentemente, grazie all’accessibilità ottica per il controllo e la manipolazione degli stati polaritonici e delle loro dinamiche ultraveloci, abbiamo potuto osservare come i polaritoni rappresentino una perfetta interfaccia per lo studio di fenomeni quantistici che sono difficili da osservare in altri sistemi.

L’obiettivo di questa linea è il controllo della fluidodinamica di gas quantici di polaritoni, che sono quasiparticelle dello stato solido che possono fluire nel piano del dispositivo analogamente ad un fluido classico, pur mantenendo proprietà eccezionali del reame quantistico. Queste includono il controllo della formazione dei vortici quantizzati e del loro movimento, la comprensione fondamentale della turbolenza quantica e delle transizioni di fase, ma anche la possibilità di implementare tali fenomeni in futuri dispositivi per elaborazione e logiche fotoniche. Il setup ottico per operare con i fluidi quantici di luce è rappresentato da un laboratorio dove la spettroscopia ultraveloce lavora in sinergia con tecniche quali l’olografia digitale e le correlazioni di secondo ordine o superiore.

Highlights:

1. Il nostro gruppo ha osservato per la prima volta un backjet polaritonico e le sue dinamiche ultraveloci, un fenomeno inaspettato che consiste nella spettacolare accumulazione dinamica delle particelle in uno spot centrale più denso e molto più sottile della goccia di polaritoni iniziale, nei tempi di pochi ps. Nature Communications 6, 8993 (2015)

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2.I nostri risultati sulla vorticità quantizzata includono il raggiungimento della prima eccitazione diretta di uno stato di half-vortex, un vortice composito dato dalla compresenza delle due popolazioni di spin recanti rispettivamente un momento orbitale angolare con carica unitaria l=1 e nulla l=0, e l’osservazione delle dinamiche 2D+t di spiraleggiamento della singolarità di fase in un regime debolmente nonlineare. Science Advances 1, e1500807 (2015)

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3. Abbiamo risolto spazialmente per la prima volta le dinamiche sub-ps delle oscillazioni Rabi polaritoniche generate direttamente, tipiche di tali sistemi e consistenti nella simultanea eccitazione dei due modi polaritonici da parte dell’impulso laser ultraveloce. Questo dà origine ad un battimento nel dominio temporale, che è equivalente ad un trasferimento di energia oscillante tra il campo fotonico e quello eccitonico. Physical Review Letters 113, 226401 (2014)

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4. Utilizzando un controllo coerente di fase tra due impulsi di eccitazione contropolarizzati, è possibile convertire le oscillazioni di intensità associate al Rabi splitting in oscillazioni di polarizzazione. In questo modo l’emissione dal campione consiste in uno stato di polarizzazione che cambia continuamente, ruotando fra due spin opposti nel tempo approssimativo di 1 ps (come il periodo Rabi), e che decade lentamente in uno stato di polarizzazione fisso in 10 ps (come il tempo di vita del modo polaritonico). Light Science & Applications 4, e350 (2015) .

H44

Facilities & Labs

Photonics Lab @Lecce

People

daniele_sanvittoDaniele

Sanvitto

Primo Ricercatore CNR

lorenzo_dominiciLorenzo

Dominici

PostDoc CNR

francesco_todiscoFrancesco

Todisco

PostDoc Associato

suarezDaniel

Suarez

Studente PhD Associato

dario_ballariniDario

Ballarini

Ricercatore CNR

paolo_cazzatoPaolo

Cazzato

Tecnico CNR

gianfrateAntonio

Gianfrate

milen_degiorgiMilena

De Giorgi

Tecnologo CNR

Viso_UomoAntonio

Fieramosca

Studente PhD Associato

Viso_UomoDavide

Caputo

Studente PhD Associato

Publications

  1. D. G. Suárez-Forero, G. Cipagauta, H. Vinck-Posada, K. M. Fonseca Romero, B. A. Rodríguez, D. Ballarini, Entanglement properties of quantum polaritons, Physical Review B, 93, 205302, (2016), ISSN: 1754-5692; doi: 10.1103/PhysRevB.93.205302
  2. L. Dominici, M. Petrov, M. Matuszewski, D. Ballarini, M. De Giorgi, D. Colas, E. Cancellieri, B. Silva Fernández, A. Bramati, G. Gigli, A. Kavokin, F. Laussy, D. Sanvitto, Real-space collapse of a polariton condensate, Nature Communications, 6, 8993, (2015), ISSN: 20411723; doi: 10.1038/ncomms9993
  3. L. Dominici, G. Dagvadorj, J. M. Fellows, S. Donati, D. Ballarini, M. De Giorgi, F. M. Marchetti, B. Piccirillo, L. Marrucci, A. Bramati, G. Gigli, M. H. Szymaska, D. Sanvitto, Vortex and half-vortex dynamics in a spinor quantum fluid of interacting polaritons, Science Advances, 1, e1500807, (2015), ISSN: 2375-2548; doi: 10.1126/sciadv.1500807
  4. L. Dominici, D. Colas, S. Donati, J.?P. Restrepo Cuartas, M. De Giorgi, D. Ballarini, G. Guirales, J.C. López Carreño, A. Bramati, G. Gigli, E. del Valle, F.P. Laussy, and D. Sanvitto, Ultrafast Control and Rabi Oscillations of Polaritons, Physical Review Letters, 113, 226401 (2014), ISSN: 0031-9007; doi: 0.1103/PhysRevLett.113.226401
  5. D. Colas, L. Dominici, S. Donati, A.A. Pervishko, T.C.H. Liew, I.A. Shelykh, D. Ballarini, M. de Giorgi, A. Bramati, G. Gigli, E. del Valle, F.P. Laussy, A.V. Kavokin, D. Sanvitto, Polarization shaping of Poincaré beams by polariton oscillations, Light Science & Applications, 4, e350 (2015), ISSN: 2047-7538; doi: 10.1038/lsa.2015.123
  6. H.S. Nguyen, D. Gerace, I. Carusotto, D. Sanvitto, E. Galopin, A. Lemaître, I. Sagnes, J. Bloch, and A. Amo, Acoustic Black Hole in a Stationary Hydrodynamic Flow of Microcavity Polaritons, Physical Review Letters, 114, 036402 (2015), ISSN: 0031-9007; doi: 10.1103/PhysRevLett.114.036402
  7. A. C. Berceanu, L. Dominici, I. Carusotto, D. Ballarini, E. Cancellieri, G. Gigli, M. H. Szymanska, D. Sanvitto, F. M. Marchetti, On multicomponent polariton superfluidity in the optical parametric oscillator regime, Physical Review B, 92, 035307 (2015), ISSN: 1098-0121; doi: 10.1103/PhysRevB.92.035307
  8. J.C. López Carreño, C. Sánchez Muñoz, D. Sanvitto, E. del Valle, F.P. Laussy, Exciting polaritons with quantum light, Physical Review Letters, 115, 196402 (2015), ISSN: 0031-9007; doi: 10.1103/PhysRevLett.115.196402
  9. E. Cancellieri, T. Boulier, R. Hivet, D. Ballarini, D. Sanvitto, M. H. Szymanska, C. Ciuti, E. Giacobino, A. Bramati, Merging of vortices and antivortices in polariton superfluids, Physical Review B, 90, 214518 (2014), ISSN: 1098-0121; doi: 10.1103/PhysRevB.90.214518

Other Selected Publications

  1. D. Sanvitto, S. Pigeon, A. Amo, D. Ballarini, M. De Giorgi, I. Carusotto, R. Hivet, F. Pisanello, V. G. Sala, P. S. S. Guimaraes, R. Houdré,E. Giacobino, C. Ciuti, A. Bramati, G. Gigli, All-optical control of the quantum flow of a polariton condensate, Nature Photonics, 5, 610 (2011) , ISSN: 1749-4885; doi: 10.1038/nphoton.2011.211
  2. A. Amo, S. Pigeon, D. Sanvitto, V. G. Sala, R. Hivet, I. Carusotto, F. Pisanello, G. Leménager, R. Houdré, E Giacobino, C. Ciuti, A. Bramati, Polariton Superfluids Reveal Quantum Hydrodynamic Solitons, Science, 332, 1167 (2011), ISSN: 1095-9203; doi: 10.1126/science.1202307

Projects

POLAFLOW: Polariton condensates: from fundamental physics to quantum based devicesStarting Grant ,FP7 – IDEAS – ERC-2012-StG, panel PE2 (2012-2017)

Latest News

I° meeting TecnoMed Puglia

Lecce, 05 dicembre 2019 - Aula Rita Levi Montalcini - CNR NANOTEC Lecce

Si terrà domani, giovedì 05 dicembre, con inizio alle ore 14.00 presso l'aula Rita Levi Montalcini del Cnr Nanotec, il "I° meeting TecnoMed Puglia: Tecnopolo per la medicina di precisione". Il meeting mira a fare il punto sulle attività programmate, sullo stato di avanzamento e sugli highlights.

Puoi scaricare la locandina da qui

Jam session Nanotec... note di scienza su scala nanometrica

Lecce, 27 settembre 2019 - ex monastero degli Olivetani   "CAR-T: l'alba di una nuova era" con: Attilio Guarini (IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari) introduce e modera: Marco Ferrazzoli (Ufficio Stampa CNR Roma) a cura di: Gabriella Zammillo  

Le CAR-T (Chimeric Antigens Receptor Cells-T) sono cellule modificate in laboratorio a partire dai linfociti T. Rappresentano una nuova strategia di cura che sfrutta il sistema immunitario per combattere alcuni tipi di tumore come linfomi aggressivi a grandi cellule e leucemie linfoblastiche acute a cellule B. Il prof Attilio Guarini, ematologo all’Istituto tumori Giovanni Paolo II di Bari, le definisce la “vis sanatrix naturae della antica medicina salernitana”, trattandosi del potenziamento dell’attività citotossica dei linfociti del paziente opportunamente ingegnerizzati per riconoscere e contrastare alcuni tipi di cellule tumorali.

 

Le CAR-T possono quindi essere definite un “farmaco vivente” proprio perché prodotto a partire dalle cellule dello stesso paziente aprendo così ad un nuovo mondo, considerato che i farmaci convenzionali sono prodotti da sostanze chimiche o, in alternativa, sono anticorpi prodotti in laboratorio dai biologi. Un trattamento estremamente complesso e costoso, non sempre applicabile, ma laddove possibile, dai risultati incoraggianti per le aspettative di vita. Lo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di CAR-T è parte integrante delle attività di ricerca condotte dal TecnoMed Puglia, il TecnoPolo per la Medicina di Precisione, coordinato da Giuseppe Gigli direttore del Cnr Nanotec di Lecce, e che nel suo nucleo fondatore vede anche l’IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari, il Centro di malattie neurodegenerative e dell’invecchiamento cerebrale dell’Università di Bari con sede presso l’Ospedale " G. Panico" di Tricase e la Regione Puglia.

 

L'evento apre la nuova stagione della rassegna divulgativa "Jam session Nanotec: note di scienza su scala nanometrica", un progetto Cnr Nanotec di Gabriella Zammillo, realizzato in collaborazione con Liberrima.

A condurre e moderare la serata, Marco Ferrazzoli, capo ufficio stampa dal CNR.   Puoi scaricare la locandina da qui

Notte dei Ricercatori

Lecce, 27 settembre 2019

 

ex monastero degli Olivetani, ore 18:00 - 24:00

 
  Ritorna puntuale la Notte dei Ricercatori, l’evento più atteso dai tanti appassionati di scienza, ghiotti di conoscenza senza distinzione di età. E sempre più densa di contenuti è la partecipazione del @CnrNanotec che, per l’edizione 2019,  ha reso ancora più appetibile il calendario degli appuntamenti programmati all’interno del progetto europeo #ERN-Apulia  coordinato da Unisalento, tracciando un ideale tour tra gli intriganti campi del sapere che si dipana attraverso narrazioni, illustrazioni, laboratori hand-on, dibattiti, giochi per grandi e piccini e rappresentazioni teatrali. Clicca qui per il programma completo delle attività di Nanotec.   Per l'evento completo apri il link: www.laricercaviendinotte.it