Блог

Mar 28, 2023

Физики разработали новую фотонную систему с электрически настроенными топологическими характеристиками

14 октября 2022 г. автор

14 октября 2022 г.

Варшавского университета, физический факультет

Ученые физического факультета Варшавского университета в сотрудничестве с Военным технологическим университетом, итальянской CNR Nanotec, британским университетом Саутгемптона и Исландским университетом получили новую фотонную систему с электрически настроенными топологическими характеристиками, построенную из перовскитов и жидкие кристаллы. Их исследования опубликованы в последнем журнале Science Advances.

Перовскиты — это материалы, у которых есть шанс совершить революцию в энергетике. Это прочные и простые в производстве материалы, особым свойством которых является высокий коэффициент поглощения солнечного света и поэтому используются для создания новых, более эффективных фотоэлектрических элементов. В последние годы стали использовать эмиссионные свойства этих материалов, пока недооцененные.

«Мы заметили, что двумерные перовскиты очень стабильны при комнатной температуре, имеют высокую энергию связи экситонов и высокую квантовую эффективность», — говорит доктор философии. студентка Каролина Лемпицка-Мирек с физического факультета Варшавского университета, первый автор публикации. «Эти особые свойства могут быть использованы при создании эффективных и нетрадиционных источников света. Это важно для применения в новых фотонных системах».

«В частности, планируется использовать перовскиты для обработки информации с высокой энергоэффективностью», — добавляет Барбара Питка, исследователь из Варшавского университета.

Ученым удалось создать систему, в которой экситоны в двумерном перовските были сильно связаны с фотонами, захваченными в двулучепреломляющую фотонную структуру: двумерную оптическую полость, заполненную жидким кристаллом.

«В таком режиме создаются новые квазичастицы: экситонные поляритоны, которые известны, прежде всего, возможностью фазового перехода в неравновесный бозе-эйнштейновский конденсат, образованием сверхтекучих состояний при комнатной температуре и сильным световым излучением, подобным лазерному свету, ", - объясняет Барбара Питка.

«Наша система оказалась идеальной платформой для создания фотонных энергетических зон с ненулевой кривизной Берри и изучения оптических спин-орбитальных эффектов, имитирующих те, которые ранее наблюдались в физике полупроводников при криогенных температурах», — объясняет Матеуш Крол, доктор философии. Студент физического факультета Варшавского университета. «В этом случае мы воссоздали спин-орбитальное взаимодействие Рашбы-Дрессельхауса в режиме сильного взаимодействия света и материи при комнатной температуре».

«Генерация поляритонной полосы с ненулевой кривизной Берри стала возможной благодаря специальной закрутке молекул жидких кристаллов на поверхности зеркал», — объясняет соавтор исследования Виктор Пицек из Военного университета. технологии, где были изготовлены испытанные оптические резонаторы.

«Кривизна Берри количественно описывает топологические свойства энергетических зон в таких материалах, как трехмерные топологические изоляторы, полуметаллы Вейля и материалы Дирака», — объясняет Хельги Сигурдссон из Университета Исландии. «Он играет, прежде всего, ключевую роль в аномальном транспорте и квантовом эффекте Холла. В последние годы было проведено множество новаторских экспериментов по разработке и изучению геометрических и топологических энергетических зон в ультрахолодных атомных газах и фотонике».

«Разработанная в этой работе фотонная структура с использованием спин-орбитальной связи и свойств поляритонов открывает путь к изучению топологических состояний легких жидкостей при комнатной температуре», — объясняет Яцек Щитко с физического факультета Варшавского университета. .

«Более того, его можно использовать в оптических нейроморфных сетях, где необходим точный контроль над нелинейными свойствами фотонов», — добавляет Барбара Питка.

Больше информации: Каролина Лемпицка-Мирек и др., Электрически настраиваемая кривизна Берри и сильная связь света и вещества в жидкокристаллических микрополостях с 2D-перовскитом, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq7533.