光物理学：光の位相特異点のアンサンブルにおける超光速相関

位相特異点は、量子化されたトポロジカル電荷を持つ点であり、超流体や超伝導体から音響場や光場にわたる、多様な波動系に見いだされる普遍的特徴である。これらの特異点のアンサンブルは、液体中の粒子に似た距離相関を示し、エキゾチックな物質相におけるそれらの役割が広く研究されてきた。対照的に、系の進化を支配する、位相空間における全相関は、未解明であり、実験的にも困難なままである。今回我々は、光特異点の集合の超高速ダイナミクスを直接測定して、それらの全位相空間相関を捉え、距離と速度の同時分布を提示する。観測の結果は、粒子と特異点の類推が破綻することを示している。すなわち、位相特異点は消滅の直前に、形式的に発散する速度へと加速し、これは、光速を超える速度の測定によって示された。こうした見かけ上の超光速は、今回の材料プラットフォームである六方晶窒化ホウ素膜における双曲型フォノンポラリトンの遅い群速度によって、逆説的に増幅される。我々は、超高速電子顕微鏡法におけるハードウエアとアルゴリズムの進歩の組み合わせを用いてこれらの現象を実証し、それぞれポラリトンの波長とサイクル周期より1桁低い空間分解能と時間分解能を達成した。今回の知見により、位相特異点とその普遍性に関する理解が深まり、これまで到達不可能であった時間スケールでトポロジカル欠陥のダイナミクスを探ることが可能になる。

目次へ戻る