Исследователи из Университета Райса добились значительного прогресса в оптоэлектронике, соединив световые волны и атомные колебания в перовскитных материалах. В результате появилась возможность создавать совершенно новые гибридные формы материи. Данное достижение может привести к более эффективному контролю над энергией в устройствах, таких как солнечные батареи и светодиоды.
Ученым впервые удалось добиться режима «сверхсильной связи» при обычной температуре в тонких пленках перовскита. В этом случае две различные атомные вибрации (фононы) взаимодействуют, создавая единый резонанс в терагерцевом диапазоне. Для достижения этой цели команда использовала наноразмерные щели в золотом слое, которые выполняли роль микроскопических ловушек для света.
«Были сформированы структуры с наноотверстиями различной длины, после чего на их поверхность нанесено покрытие из перовскитных плёнок », — поясняет Дасом Ким, ведущий автор исследования. Благодаря управлению формой микроскопических щелей, исследователи смогли добиться точной настройки взаимодействия света и атомных колебаний, не прибегая к использованию мощных лазеров или массивных кристаллов.
В процессе взаимодействия сформировались три типа гибридных квантовых частиц, которые получили название фонон-поляритоны – это уникальные комбинации колебаний и световых волн. « При комнатной температуре показатель связи составил около 30% от частоты фононов », — отмечает Ким.
Это открытие открывает возможности для принципиально нового управления потоками энергии в материалах. « Предлагаемый нами подход обеспечивает деликатное воздействие на процессы, определяющие сбор и излучение света, при этом он совместим с существующим оборудованием. Это может привести к повышению эффективности и уменьшению потерь энергии », — отметил один из авторов исследования Дзюнитиро Коно.
Исследования, подкреплённые расчётами с использованием численного моделирования и принципов квантовой теории, демонстрируют перспективы управления квантовыми взаимодействиями в материалах. Это может способствовать разработке более совершенных оптоэлектронных приборов будущего поколения.
Исследование опубликовано в журнале .