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

La settimana del rosa digitale - 4^ed

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Percorso di condivisione della carriera di scienziato-donna fatto attraverso esperimenti di estrazione di sostanze chimiche partendo dal cibo.

11 e 15 marzo 2019

Via Marconi,39 - Casamassima Bari 70010

Che “cavolo" di arcobaleno-mamme e scienza un viaggio alla scoperta di cio’ che Madre Natura ci insegna.

con Eloisa Sardella (CNR Nanotec) e Laura Rosso (PSP)

maggiori info:

TERAMETANANO - International Conference on Terahertz Emission, Metamaterials and Nanophotonics

TERAMETANANO - IV ed.

Castello Carlo V, Lecce 27 -31 Maggio 2019

The IV edition of TERAMETANANO, the International Conference on Terahertz Emission, Metamaterials and Nanophotonics, will take place in Lecce (Italy) from 27 to 31 of May 2019 in the 16th-century Castle of Charles V   with two special nights that will be held in an original Theatre of Roman period.

 

TERAMETANANO is an annual conference that gather physicists studying a wide variety of phenomena in the areas of nano-structuresnano-photonics and meta-materials, with special attention to the coupling between light and matter and in a broad range of wavelengths, going from the visible up to the terahertz.

 

Al via la fase 2 del Tecnopolo per la medicina di precisione

Firmata convenzione tra Regione, Università e Cnr per avvio seconda fase del Tecnopolo

Bari, 27 novembre 2018 

Sottoscritto stamane l’accordo tra Regione PugliaCnr Consiglio nazionale delle ricerche, Irccs Giovanni Paolo II di Bari e Università di Bari per l’avvio della seconda fase del Tecnopolo per la Medicina di Precisione. Sede del tecnopolo, il CnrNanotec.

“La sfida della medicina moderna è tradurre nella pratica clinica gli enormi progressi compiuti dalla scienza e dalla tecnologia. In questo contesto le nanotecnologie, focalizzate sull’indagine e sulla manipolazione della materia a livello nanometrico-molecolare, si presentano come uno strumento potentissimo al servizio della medicina di precisione, la nuova frontiera che punta allo sviluppo di trattamenti personalizzati per il singolo paziente”, afferma  Giuseppe Gigli, direttore di Cnr Nanotec e coordinatore del Tecnopolo.

Link video dichiarazione Massimo Inguscio: http://rpu.gl/uChUl

Link video di presentazione Tecnomed: http://rpu.gl/Qqerm

Link video dichiarazione Michele Emiliano: http://rpu.gl/aJoee