Физики экспериментально продемонстрировали систему, в которой возникает нелинейный отклик всего лишь от одного фотона при комнатной температуре. Для этого исследователи возбуждали поляритоны в полимерной пленке и следили за их конденсацией в зависимости от интенсивности затравочных импульсов.

Работа опубликована в Nature.

Взаимодействие вещества со светом в нелинейном режиме стало довольно важным явлением, нашедшим применение во множестве практических приложений, начиная от телекоммуникации и заканчивая микроскопией высокого разрешения. Его главный признак — нелинейная зависимость отклика среды на воздействие светом, например, переизлучение средой света с удвоенной частотой или самофокусировка пучка.

Традиционно нелинейность ассоциируется с большими интенсивностями падающего излучения. Однако, как оказалось, в некоторых средах нелинейного режима можно достичь и при облучении их всего одним фотоном. Это удавалось наблюдать для атомов и атомоподобных систем, помещенных в резонатор, либо для ультрахолодных атомных ансамблей. В последнем случае сильная и устойчивая однофотонная нелинейность достигается за счет сильно скоррелированных состояний, например, в бозе-эйнштейновском конденсате, однако его создание требует очень сложных условий для реализации, включая очень низкие температуры.

Группа физиков из Германии, России и Швейцарии под руководством Антона Заседателева (Anton Zasedatelev) и Павлоса Лагудакиса (Pavlos Lagoudakis) из Сколковского института науки и технологий экспериментально показала, что однофотонную нелинейность можно получить при комнатной температуре, объединив преимущества подхода, основанного на усилении взаимодействия света с веществом с помощью резонаторов, с сильными корреляциями, наблюдаемыми в бозе-конденсатах.