Tworząc te kanapki z perowskitu i stymulując je wiązkami laserowymi, naukowcy byli w stanie bezpośrednio sprawować pieczę nad pędem niektórych: „kwazicząstek” w tym systemie. Te, znane jako pary ekscyton-polaryton, są hybrydami światła i materii. Możliwość kontrolowania tej kwazicząstki może ostatecznie umożliwić odczytywanie i zapisywanie danych na tych urządzeniach. „Szczególnie fascynujące w polarytonach ekscytonowych jest to, że” — mówi Laitz — „leżą one w widmie między systemami czysto elektronicznymi i fotonicznymi”. Te kwazicząstki: „mają cechy obu, a zatem można spożytkować polarytony ekscytonów, aby wykorzystać najlepsze właściwości każdego z nich”. Na przykład tranzystory — czysto elektroniczne, jak wyjaśnia badacz, mają nieodłączne straty w efektach pojemnościowych na każdym interfejsie między urządzeniami. Tymczasem: „ujęcia stricte fotoniczne stawiają spore wyzwania inżynieryjne, ponieważ bardzo trudno jest doprowadzić do interakcji fotonów i trzeba polegać na złożonych systemach interferometrycznych”. Natomiast kwazicząstki używane przez ten zespół uda się łatwo kontrolować za pomocą wielu zmiennych.
Kwazicząstka jest: „połączonym stanem światła i ładunku neutralnego” — objaśnia profesor Vladimir Bulovic z MIT. „W rezultacie możesz zakłócić ten połączony stan przy użyciu światła lub ładunku, a zatem, jeśli musisz go modulować, masz dodatkowe mechanizmy, których możesz użyć. Te mogą teraz pozwolić manipulować tym połączonym stanem materii w bardziej energooszczędny sposób”. Co więcej, wykorzystane materiały uda się łatwo wytwarzać za pomocą metod przetwarzania opartych na roztworach w temperaturze pokojowej. Co oznacza, że mogą być stosunkowo proste do wyprodukowania na dużą skalę po zaprojektowaniu praktycznych systemów. Jak dotąd prace są na bardzo wczesnym etapie, ponieważ naukowcy wciąż badają nowo odkryte efekty. Praktyczne zastosowania powinny nastąpić za 5 do 10 lat, jak wskazuje Laitz.
Perowskity skupiły w ostatnich latach wiele uwagi jako elementy do nowych, lekkich i elastycznych paneli fotowoltaicznych, dlatego przeprowadzono sporo badań nad ich właściwościami i technikami wytwarzania. Zespół zdecydował się na konkretną wersję perowskitu zwaną fenyloetyloamoniowym jodkiem ołowiu. „Perowskity halogenkowe naprawdę dobrze zbierają światło i zamieniają fotony w elektrony lub ekscytony, w zależności od wymiarowości i własności materiałowych konkretnej jednostki” — mówią naukowcy, dlatego wybrano taki, a nie inny wariant tej dużej klasy elementów do badań. Następnie, aby stworzyć tak zwaną wnękę optyczną, która może wychwytywać fotony światła, badacze umieścili maleńkie płatki materiału między dwoma lustrzanymi powierzchniami. Dwie takie ultracienkie struktury (o grubości zaledwie kilkudziesięciu nanometrów) zostały oddalone od siebie na dokładną odległość za pomocą warstw dystansowych. Dzięki temu lustra były oddzielone o połowę długości fali światła, które perowskit zarówno pochłania, jak i emituje.
Wykorzystując perowskit dostrojony do długości fali zielonego światła, to emitowane odbija się następnie między lustrami rezonatora. „Jest ponownie absorbowane przez materiał, znów emitowane, na powrót absorbowane, jeszcze raz emitowane, powtórnie absorbowane... w kółko tak szybko, że dochodzi do wzajemnej konwersji między fotonem a ekscytonem, tak że generuje się superpozycję obu” — mówi Laitz. Może to prowadzić do przejścia do stanu materii znanego jako kondensat Bosego-Einsteina, w którym wszystkie cząstki mają identyczne oblicza energetyczne i zachowują się podobnie jak jedna duża. Laitz wskazuje, że takie kondensaty przejawiają właściwość zwaną spinem, którą można modyfikować przy użyciu światła lub stymulacji elektrycznej. Wynikające z tego zmiany uda się zmierzyć, obserwując fotoluminescencję materiału za pomocą spektroskopowego systemu obrazowania. I w przeciwieństwie do mechanizmów czysto fotonicznych, w których oddziaływanie między fotonami jest niewielkie, elementy te wykazują silną interakcję zarówno ze światłem, jak i elektronami.
Wytwarzano już układy takich kondensatów, ale jak dotąd zwykle tylko w ultraniskich, kriogenicznych temperaturach. „Perowskity dają możliwość realizacji tego samego zjawiska przy wyższej termice”. Jednakże tworzenie się kondensatów w perowskitach jest trudne. Nowe badania pokazują fundamentalne cechy procesu, który prowadzi do kondensacji, tłumaczy Laitz. W artykule badacze: „proponują kilka strategii z perspektywy materiału i architektury urządzenia, aby to umożliwić”. Może to być kluczowy krok w kierunku wytworzenia kubitów działających w temperaturze pokojowej, mówi.
Chociaż opracowanie takich sprzętów zapewne zajmie jeszcze kilka lat, bardziej bliskie zastosowanie tych odkryć może polegać na produkcji nowych rodzajów urządzeń emitujących światło, oznajmia inny z badaczy. Wskazuje on, że możliwe byłoby zapewnienie sterowanego źródła światła z wyjściem kierunkowym, także elektronicznie.
Źródło: https://phys.org/news/2023-05-perovskite-based-device-combines-aspects-electronics.html
Cool? Ranking DIY
