利用激光束旋转激子-极化子凝聚态

理化学研究所的物理学家在一个量子光子系统中制造了几个旋涡，并使用一种特殊的激光束组合作为快速搅拌器跟踪它们的演变。

理化学研究所研究人员用来快速搅拌极化子凝聚态的激光束快照。剖面可以顺时针（指示）或逆时针方向旋转。图片来源：理化学研究所新兴物质科学中心。
该系统用于探索与涡旋物质量子态起始相关的奇异新物理学。

例如，在超流体游泳池中游泳比在无限圈数的水中游泳只需要一个冲程。因此，与水相比，超流体在低于一定速度时没有运动阻力。

超流体在被搅拌时会表现出奇特的行为。

如果你搅拌一桶水，你通常只得到一个大漩涡。但是当你旋转超流体时，你最初会产生一个漩涡。当你加快旋转速度时，你会逐渐得到越来越多的大小完全相同的漩涡。---迈克尔-弗雷泽，理化学研究所新兴物质科学中心

虽然在液氦和原子系统中观察到了超流动性，但在一个由被称为极化子的粒子样实体组成的系统中却出现了超流动性的一种表现形式。

当光子与半导体中与正空穴结合的负电子发生强耦合时，这些实体就会出现。研究人员的目标是搅动这些系统，但这带来了挑战，因为必须使用超高频率--比原子系统所需的频率快数百万倍。

为了创造涡旋的集合体，弗雷泽和同事们使用了一种特别制作的激光束来不连贯地搅拌这种极化子凝聚态。

这种凝聚物已经存在了 15 年以上，人们已经利用它们完成了许多有趣的物理学研究。但极化子超流体的旋转导致多个旋涡聚集并自由演化，这在以前还从未实现过。---迈克尔-弗雷泽，理化学研究所新兴物质科学中心

研究小组将普通激光束与甜甜圈形状相结合，制成了一种特殊的激光束搅拌器。光束的频率略有不同，与极化子旋转所需的频率一致。

利用这种光束，研究人员成功地调节了极化子的速度和旋转方向，从而能够有意识地形成旋涡。他们的演示表明，提高旋转速度可在旋转轴附近捕捉到更多的旋涡。

此外，实验测量结果与基于理论的模拟结果非常接近。

因此，我们的旋转方案可以研究开放耗散平台中的自排序涡旋动力学--这种平台会不断失去和获得粒子。这尤其令人兴奋，因为我们不仅期待它能展示新的涡旋现象，而且还为研究光的高量子拓扑相提供了机会。---迈克尔-弗雷泽，理化学研究所新兴物质科学中心