Cara-cara baru untuk “bersantai” dengan partikel semu yang eksotis

Dengan mengapit serpihan kecil perovskit di antara dua permukaan reflektif dengan jarak yang tepat, para ilmuwan di MIT dan di tempat lain telah menciptakan perangkat baru yang menggabungkan aspek elektronik dan fotonik. Temuan mereka dapat mengarah pada pengembangan jenis perangkat baru yang secara efisien menjembatani kesenjangan antara materi dan cahaya.

Para ilmuwan dapat secara langsung mengontrol momentum dari beberapa “partikel semu” dalam sistem dengan membuat sandwich perovskit dan mengaktifkannya dengan laser. Partikel kuasi ini, terkadang disebut pasangan exciton-polariton, adalah campuran cahaya dan materi. Kemampuan membaca dan menulis data ke perangkat berdasarkan fenomena ini dimungkinkan dengan mengatur atribut ini.

Para ilmuwan dapat secara langsung mengontrol momentum dari beberapa “partikel semu” dalam sistem dengan membuat sandwich perovskit dan mengaktifkannya dengan laser. Partikel kuasi ini, terkadang disebut pasangan exciton-polariton, adalah campuran cahaya dan materi. Kemampuan membaca dan menulis data ke perangkat berdasarkan fenomena ini dimungkinkan dengan mengatur atribut ini.

Madeline Lietz adalah lulusan MIT baru-baru ini dengan gelar Ph.D. 22 katanya Apa yang sangat mengesankan tentang exciton polariton adalah bahwa mereka terletak “pada spektrum antara sistem elektronik dan fotonik murni.” Partikel kuasi ini memiliki sifat keduanya, sehingga Anda dapat memanfaatkan exciton-polariton untuk memanfaatkan sifat terbaik keduanya. “

“Misalnya, transistor elektronik murni memiliki kerugian yang melekat pada efek kapasitansi pada setiap antarmuka antar perangkat, sementara sistem optik murni memiliki tantangan teknis, karena sulit untuk membuat foton berinteraksi, dan Anda harus bergantung pada skema interferometrik yang kompleks. Sebaliknya. Dari situ, partikel semu yang digunakan oleh tim ini dapat dengan mudah dikontrol oleh banyak variabel.”

Profesor MIT Vladimir Polovitch berkata, “Quasipartikel adalah keadaan gabungan dari muatan ringan dan netral. Akibatnya, Anda dapat mengganggu keadaan gabungan ini dengan cahaya atau muatan, jadi, jika Anda perlu mengubah keadaan itu, Anda memiliki alat tambahan yang dapat digunakan. Tambahan ini pengungkit sekarang dapat memungkinkan seseorang untuk memanipulasi ini Keadaan gabungan materi lebih hemat energi.

kata Laitz, Selain itu, bahan-bahan tersebut siap disintesis menggunakan metode pemrosesan berbasis suhu kamar, dan dengan demikian relatif mudah diproduksi secara massal setelah sistem praktis dirancang. efeknya baru ditemukan; aplikasi praktis bisa memakan waktu lima sampai 10 tahun.”

Secara khusus, para ilmuwan memilih perovskit halida karena sifatnya yang sangat baik: ia memanen cahaya dengan baik dan mengubah foton menjadi elektron atau rangsangan, tergantung pada dimensi dan sifat bahan perovskit.

Para ilmuwan kemudian menyelipkan lembaran mikroskopis dari bahan tersebut di antara permukaan reflektif untuk menciptakan fotokavitas yang dapat menjebak foton cahaya. Setengah panjang gelombang cahaya memisahkan cermin yang diserap dan dipancarkan oleh bahan perovskite ini menggunakan spacer antara dua lapisan ultra tipis, masing-masing hanya setebal puluhan nanometer.

Laitz berkata, “Dengan menggunakan perovskit yang disetel ke panjang gelombang cahaya hijau, cahaya hijau yang dipancarkan memantul bolak-balik di antara cermin. Itu diserap melalui material, dipancarkan kembali, diserap, dan diserap kembali berulang kali dengan sangat cepat sehingga Anda melewati- mengkonversi antara foton dan exciton, menghasilkan superposisi keduanya.” “.

Ini dapat menyebabkan keadaan materi yang dikenal sebagai Kondensat Bose-Einstein, di mana semua partikel memiliki keadaan energi yang identik dan berperilaku seperti satu partikel besar.

Laitz mengatakan demikian Kapasitor ini menunjukkan sifat yang dikenal sebagai putaran, yang dapat dimodifikasi dengan rangsangan cahaya atau listrik; Perubahan yang dihasilkan dapat diukur dengan mengamati photoluminescence dari material menggunakan sistem pencitraan spektral. Dan tidak seperti sistem fotonik murni, di mana terdapat sedikit interaksi antara foton, material ini memiliki interaksi yang kuat dengan cahaya dan elektron.

Susunan kapasitor semacam itu telah diproduksi, tetapi biasanya hanya pada suhu yang sangat rendah. Perovskit memungkinkan untuk mewujudkan fenomena ini pada suhu tinggi, tetapi sulit untuk membentuk kondensat di perovskit. Penelitian baru ini menunjukkan sifat dasar dari proses yang mengarah pada kondensasi. Dalam makalah mereka, kami mengusulkan beberapa strategi baik dari perspektif rekayasa fisik maupun perangkat untuk memungkinkan hal ini. Dan itu bisa menjadi langkah kunci menuju qubit suhu ruangan pada akhirnya.”

Dane deQuilettes, postdoc, berkata: “Meskipun pengembangan perangkat semacam itu dapat memakan waktu beberapa tahun, aplikasi jangka pendek dari temuan baru ini dapat berupa produksi perangkat pemancar cahaya jenis baru, termasuk yang dapat menyediakan sumber cahaya terarah dengan keluaran arah yang dapat dikontrol.” secara elektronik.”

Stéphane Kéna-Cohen, Profesor Teknik Fisika di Politeknik Montreal, Dia berkataDan “Ada banyak minat dalam menggunakan exciton polariton sebagai dasar untuk sumber cahaya koheren berenergi rendah, mirip dengan laser. Di bidang ini, tantangannya adalah membuat polariton rileks secara efisien ke tingkat energi terendahnya. Makalah ini membantu kami memahami bagaimana hal ini terjadi di rongga perovskit, detail yang tepat, dan cara terbaik merancang rongga untuk mencapainya dengan daya yang sangat rendah.”

Referensi jurnal:

1. Laitz, M., Kaplan, AEK, Deschamps, J. et al. Mengungkap mekanisme relaksasi exciton-polariton yang bergantung pada suhu dalam perovskit organik-anorganik hibrida. Nat Umum 14, 2426 (2023). DOI: 10.1038 / s41467-023-37772-7