Ученые из Университета Райса добились значительного прорыва в области оптоэлектроники, разработав метод объединения световых волн и атомных колебаний в перовскитных материалах. Это позволило создать принципиально новые гибридные состояния материи. Данное достижение открывает перспективы для более эффективного управления энергией в таких устройствах, как солнечные элементы и светодиоды, что может привести к их усовершенствованию.
Впервые исследователям удалось достичь режима «сверхсильной связи» при комнатной температуре. Как сообщает Университет Райса, для этого использовались тонкие пленки перовскита, в которых две различные атомные вибрации, известные как фононы, вступали во взаимодействие с единым световым резонансом в терагерцевом диапазоне. Для реализации этого процесса команда применила наноразмерные щели в золотом слое, которые функционировали как микроскопические ловушки для света.
Ведущий автор исследования Дасом Ким пояснил, что были созданы массивы нанощелей семи различных длин, поверх которых наносились перовскитные пленки. Изменяя геометрию щелей, ученые смогли точно настроить взаимодействие между светом и атомными колебаниями материала. Важно, что этот метод не требовал применения мощных лазеров или объемных кристаллов. В результате были сформированы три разные гибридные квантовые частицы, названные фонон-поляритонами, которые представляют собой своего рода смесь вибрации и света.
По словам Кима, уровень достигнутой связи составил около 30% от частоты фононов при комнатной температуре. Это достижение предоставляет принципиально новый инструмент для управления переносом энергии внутри материалов. Соавтор работы Дзюнитиро Коно отметил, что предложенный метод является мягким и совместимым с современными устройствами. Он позволяет влиять на процессы, ключевые для сбора и излучения света, что потенциально может повысить производительность и сократить потери энергии.
Результаты исследования были подтверждены с помощью численного моделирования и квантовой теории. Они открывают новые возможности для настройки квантовых взаимодействий в материалах. Ожидается, что эта работа, опубликованная в журнале Nature Communications, поспособствует созданию более эффективных оптоэлектронных устройств следующего поколения.