دانشمندان موج برهای نوآورانه پروسکایت را با اثر لیزر لبه نشان می دهند!

مدارهای فوتونی تناسلی که در دمای اتاق کار می کنند همراه با اثرات غیر خطی نوری می توانند پردازش سیگنال کلاسیک و کوانتومی را متحول کنند. دانشمندان دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو با همکاری سایر موسسات لهستان و همچنین ایتالیا، ایسلند و استرالیا ایجاد کریستال های پروسکایت با اشکال از پیش تعریف شده را نشان داده اند که می توانند در فوتونیک های غیر خطی به عنوان موجبر، کوپلر، تقسیم کننده و تعدیل کننده عمل کنند.

نتایج تحقیق که در مجله Nature Materials منتشر شده است ساخت این ساختارهای نوآورانه و اثر لیزر لبه را توصیف می کند. به طور خاص این اثر با تشکیل میعانات اکسیتون-پلاریتون ها همراه است که شبه ذراتی هستند که تا حدی مانند نور و تا حدی مانند ماده رفتار می کنند.
پروفسور باربارا پیتکا از دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو یکی از آغازگران این پروژه و مسئول فرآیند تحقیق تأکید می کند: پروسکایت ها تطبیق پذیری زیادی از خود نشان می دهند: از لایه های پلی کریستالی، نانو و میکرو کریستال ها گرفته تا کریستال های حجیم. آنها را می توان در کاربردهای مختلف از سلول های خورشیدی گرفته تا لیزر استفاده کرد.
برخی از آنها، مانند مواد CsPbBr3 (سزیم-سرب-بروماید) که ما استفاده کردیم به دلیل انرژی اتصال اکسیتون بالا و استحکام نوسان ساز نیمه هادی های ایده آلی برای کاربردهای نوری هستند. این اثرات امکان افزایش فعل و انفعالات نور را فراهم می کند و انرژی مورد نیاز برای تقویت نور غیر خطی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

محققان از روش های سنتز تکرار پذیر و مقیاس پذیر برای به دست آوردن بلورهای پروسکایت با ابعاد و شکل های دقیق تعریف شده استفاده کردند. آنها از یک رویکرد میکرو سیالی استفاده کردند که در آن کریستال ها از محلول در قالب های پلیمری باریک رشد می کنند که می تواند با هر شکلی از یک الگو حک شود.

یک عنصر کلیدی کنترل غلظت محلول و دمای رشد با حفظ جو بخارات حلال اشباع بود. این رویکرد همراه با استفاده از الگوهای آرسنید گالیم تقریبا صاف از نظر اتمی که با استفاده از لیتوگرافی پرتو الکترونی و حکاکی پلاسما در شبکه تحقیقاتی Łukasiewicz - موسسه میکروالکترونیک و فوتونیک تحت رهبری آنا زرلینگ ساخته شده است کریستال های منفرد با کیفیت بالا تولید کرد.

به این ترتیب کریستال های CsPbBr3 را می توان به هر شکلی با گوشه های ساده برای صاف کردن منحنی ها تشکیل داد که این یک دستاورد واقعی در دنیای مواد کریستالی است. آنها را می توان بر روی هر بستری ساخت و سازگاری آنها را با دستگاه های فوتونی موجود افزایش داد.

ماتئوش کدزیورا دانشجوی دکترا در دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو و اولین نویسنده مقاله ای که روش های سنتز کریستال را توسعه داد می افزاید: "این کریستال ها به دلیل کیفیت بالا، تشدید کننده های نوع فابری-پروت را بر روی دیواره های خود تشکیل می دهند و اجازه می دهند اثرات غیرخطی قوی بدون نیاز به آینه های براگ خارجی مشاهده شوند."

نمایش لیزر پلاریتونیک از رابط ها و گوشه های میکروسیم ها پیشرفت دیگری را نشان می دهد.
طول موج نور ساطع شده با اثرات فعل و انفعالات قوی نور-ماده اصلاح می شود که نشان می دهد انتشار به دلیل تشکیل میعانات غیر تعادلی بوز-انیشتین از اکسیتون-پلاریتون است. بنابراین این لیزر معمولی به دلیل اثر Purcell (اتصال ضعیف) نیست بلکه انتشار از میعانات در رژیم اتصال ماده سبک قوی است.

دکتر هلگی سیگورسون از دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو و موسسه علوم دانشگاه ایسلند در ریکیاویک می افزاید: انسجام بالا بین سیگنال های مختلف نور ساطع شده از لبه ها و گوشه ها که در فوتولومینسانس میدان دور و طیف سنجی حل شده با زاویه تأیید شده است نشان دهنده تشکیل یک میعانات پلاریتون منسجم و گسترش یافته از نظر ماکروسکوپی است.
تأیید اضافی اثرات غیر خطی افزایش انرژی با افزایش جمعیت یک حالت معین (معروف به blueshift) است که نتیجه فعل و انفعالات درون میعانات است. به لطف خواص منحصر به فرد ساختارهای پروسکایت میعانات می تواند مسافت های طولانی را در داخل کریستال ها طی کند و نور ساطع شده می تواند از طریق شکاف های هوا به ساختارهای همسایه منتشر شود.

دکتر آندری اوپالا از دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو و موسسه فیزیک آکادمی علوم لهستان یکی از نویسندگان اصلی مقاله و توسعه دهنده مدل نظری که نشان می دهد چگونه دیافراگم عددی و محصور فضایی در میکروسیم ها بر اثرات مشاهده شده تأثیر می گذارد، می افزاید: شبیه سازی های ما نشان می دهد که چگونه دیافراگم عددی و محصور فضایی در میکروسیم ها بر اثرات مشاهده شده تأثیر می گذارد.

پروفسور توماس چیزانوفسکی از دانشگاه صنعتی لودز که متخصص شبیه سازی ساختارهای فوتونی و لیزری است توضیح می دهد: "علاوه بر این به لطف محاسبات مبتنی بر حل معادلات ماکسول در ساختارهای سه بعدی با اشکال پیچیده، ما توانستیم حالت های فوتونی را تجسم کنیم و نشان دهیم که چگونه تصویر آنها در میدان دور شکل می گیرد." این کشف امکان استفاده از آنها را در سیستم های فشرده "روی تراشه" فراهم می کند که می توانند وظایف محاسباتی کلاسیک و کوانتومی را انجام دهند.

پروفسور مایکل ماتوشوسکی از مرکز فیزیک نظری آکادمی علوم لهستان نتیجه می گیرد: "ما پیش بینی می کنیم که اکتشافات ما در را به روی دستگاه های آینده باز می کند که می توانند در سطح تک فوتون ها کار کنند و نانولیزرها را با موجبرها و سایر عناصر در یک تراشه ادغام کنند."

پروسکایت ها می توانند نقش کلیدی در توسعه بیشتر فناوری های نوری داشته باشند و اکتشافات فیزیکدانان از UW می تواند شانس استفاده از کریستال های پروسکایت را در فوتونیک های غیر خطی که در دمای اتاق کار می کنند به میزان قابل توجهی افزایش دهد. علاوه بر این ساختارهای توسعه یافته ممکن است با فناوری سیلیکون سازگار باشند و پتانسیل تجاری سازی آنها را بیشتر کنند.

منبع:
ارائه شده توسط دانشگاه ورشو
این نوشته ابتدا در Phys.org منتشر شده است. و سپس در MSN.COM منتشر شده است.