Bliżej niekonwencjonalnych źródeł światła z perowskitów

Perowskity mają szansę zrewolucjonizować energetykę – oceniają naukowcy w przesłanym materiale prasowym. Są to trwałe i łatwe do wyprodukowania materiały. Mają wysoki współczynnik absorpcji światła słonecznego i dlatego wykorzystywane są do budowy nowych, wydajniejszych ogniw fotowoltaicznych. W ostatnich latach zaczęto wykorzystywać niedocenione do tej pory własności emisyjne tych materiałów.

Układ fotoniczny o cechach topologicznych strojonych elektrycznie uzyskali naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego i Wojskowej Akademii Technicznej, we współpracy z włoskim CNR Nanotec, brytyjskim Uniwersytetem Southampton oraz Uniwersytetem Islandii. Badacze opisali odkrycie w artykule  zamieszczonym w najnowszym numerze „Science Advances”.

DO ZASTOSOWANIA W FOTONICE I NIE TYLKO

"Zauważyliśmy, że dwuwymiarowe perowskity są bardzo stabilne w temperaturze pokojowej, mają dużą energię wiązania ekscytonów oraz wydajność kwantową – opisuje pierwsza autorka publikacji Karolina Łempicka-Mirek, doktorantka na Wydziale Fizyki UW (FUW).

Jak dodają badacze cytowani w informacji prasowej, te szczególne właściwości mogą być wykorzystywane przy konstruowaniu wydajnych i niekonwencjonalnych źródeł światła. Dlatego perowskity mogą być stosowane w fotonice. W przyszłych w układach optycznych posłużą do przetwarzania informacji z dużą wydajnością energetyczną.

Opracowana przez naukowców struktura fotoniczna może być wykorzystana w optycznych sieciach neuromorficznych, gdzie niezbędna jest precyzyjna kontrola nad nieliniowymi własnościami fotonów.

EKSPERYMENTY MOŻLIWE WE WNĘCE OPTYCZNEJ

Naukowcom udało się stworzyć system, w którym doprowadzono do silnego sprzężenia wzbudzeń ekscytonowych w dwuwymiarowym perowskicie z fotonami uwięzionymi w dwójłomnej strukturze fotonicznej w postaci dwuwymiarowej wnęki optycznej wypełnionej ciekłym kryształem. Badane wnęki wytworzono w Wojskowej Akademii Technicznej.

"Wytworzenie pasma polarytonowego o niezerowej krzywiźnie Berrego możliwe było dzięki zaprojektowaniu specjalnego skręcenia molekuł ciekłego kryształu przy powierzchni luster" – tłumaczy współautor badania, dr hab. Wiktor Piecek, prof. WAT.

EKSCYTUJĄCE POLARYTONY EKSCYTONOWE

Jak wyjaśnia dr hab. Barbara Piętka, prof. UW, w takim reżimie powstają nowe kwazicząstki: polarytony ekscytonowe. Znane są one przede wszystkim z możliwości przejścia fazowego do nierównowagowego kondensatu Bosego-Einsteina, tworzenia stanów nadciekłych w temperaturze pokojowej i silnej emisji światła o charakterze podobnym do światła laserowego.

Układ okazał się idealną platformą do stworzenia fotonicznych pasm energetycznych o niezerowej krzywiźnie Berrego. Posłużył też do badania optycznych efektów spin-orbita. Naśladowały one efekty obserwowane dotychczas w fizyce półprzewodników w temperaturach kriogenicznych.

"W tym przypadku odtworzyliśmy sprzężenie spin-orbita typu Rashba-Dresselhaus w reżimie silnego sprzężenia światło-materia w temperaturze pokojowej" – wyjaśnia doktorant FUW Mateusz Król.

W ostatnich latach przeprowadzono wiele przełomowych eksperymentów w zakresie projektowania i badania geometrycznych i topologicznych własności pasm energetycznych w ultrazimnych gazach atomowych i fotonice.

Opracowana w ramach tej pracy struktura fotoniczna wykorzystująca sprzężenie spin-orbita i własności polarytonów otwiera drogę do badania stanów topologicznych światła w temperaturze pokojowej – podsumował dr hab. Jacek Szczytko, prof. UW.

Międzynarodowy zespół naukowców prowadził badania wspierane m.in. przez granty NCN, NAWA, Horyzont 2020 i „TopoLight”.

PAP – Nauka w Polsce

kol/ agt/