Исследователи из Сколтеха и Университета ИТМО совершили прорыв в области фотоники, продемонстрировав возможность настраиваемого излучения поляритонов при комнатной температуре, используя кристаллы перовскита CsPbBr3. Это открытие, опубликованное в журнале Advanced Optical Materials, знаменует собой значительный шаг вперед в развитии интегрированной полностью оптической логики.
Поляритоны, гибридные состояния света и материи, возникают в результате сильного взаимодействия между фотонами (оптические моды микрорезонатора) и экситонами (элементарные возбуждения материала). Традиционные полупроводники, такие как GaAs, требуют криогенных температур для формирования поляритонов из-за низкой энергии связи экситонов. Это обстоятельство затрудняет их применение в практических устройствах. Предыдущие исследования фокусировались на органических полимерных материалах, но они также обладают ограниченными ресурсами.
Новый материал, перовскит CsPbBr3, привлек внимание ученых благодаря высокой энергии связи экситонов, оптической стабильности и превосходной однородности кристаллической решетки. Эти свойства делают его идеальным кандидатом для создания поляритонных устройств, работающих при комнатной температуре.
Команда под руководством Максима Колкера, стажера-исследователя Лаборатории гибридной фотоники и аспиранта Сколтеха, и профессора Павлоса Лагудакиса, директора Центра фотонных наук и инженерии в Сколтехе, смогла достичь настраиваемого поляритонного излучения в зеленой области оптического спектра с диапазоном более 23 нм.
Уникальным аспектом их подхода является метод настройки, который включает изменение эффективной длины планарного много-λ микрорезонатора с помощью устройства точечного сжатия. Важно отметить, что при этом положение кристалла относительно накачивающего пучка света остается неизменным. Это обеспечивает точное и стабильное управление характеристиками поляритонного излучения.
Широкая спектральная настраиваемость излучения поляритонов подтверждает универсальность CsPbBr3 для интеграции в оптическую логику и другие технологические достижения. Это открывает перспективы для разработки высокоскоростных, энергоэффективных полностью оптических поляритонных логических устройств, которые могли бы революционизировать методы обработки информации.
Возможность настраивать излучение поляритонов при комнатной температуре с использованием перовскита CsPbBr3 представляет собой прорыв, который устраняет многие препятствия, стоящие на пути создания эффективных оптических логических систем. Этот метод, основанный на изменении эффективной длины микрорезонатора, а не положения кристалла, позволяет добиться точного контроля над параметрами излучения.
Использование перовскитов в качестве основного материала для создания поляритонных устройств не только решает проблему криогенных температур, но и открывает двери для создания более компактных и энергоэффективных устройств. Высокая энергия связи экситонов в CsPbBr3 и его оптическая стабильность делают его перспективным материалом для будущих оптических технологий.
В будущем эта разработка может привести к появлению нового поколения вычислительных устройств, основанных на фотонике, где обработка информации будет происходить со скоростью света, потребляя при этом меньше энергии. Это исследование является важным шагом на пути к созданию более быстрых, эффективных и экологически чистых технологий будущего.
Изображение носит иллюстративный характер
Поляритоны, гибридные состояния света и материи, возникают в результате сильного взаимодействия между фотонами (оптические моды микрорезонатора) и экситонами (элементарные возбуждения материала). Традиционные полупроводники, такие как GaAs, требуют криогенных температур для формирования поляритонов из-за низкой энергии связи экситонов. Это обстоятельство затрудняет их применение в практических устройствах. Предыдущие исследования фокусировались на органических полимерных материалах, но они также обладают ограниченными ресурсами.
Новый материал, перовскит CsPbBr3, привлек внимание ученых благодаря высокой энергии связи экситонов, оптической стабильности и превосходной однородности кристаллической решетки. Эти свойства делают его идеальным кандидатом для создания поляритонных устройств, работающих при комнатной температуре.
Команда под руководством Максима Колкера, стажера-исследователя Лаборатории гибридной фотоники и аспиранта Сколтеха, и профессора Павлоса Лагудакиса, директора Центра фотонных наук и инженерии в Сколтехе, смогла достичь настраиваемого поляритонного излучения в зеленой области оптического спектра с диапазоном более 23 нм.
Уникальным аспектом их подхода является метод настройки, который включает изменение эффективной длины планарного много-λ микрорезонатора с помощью устройства точечного сжатия. Важно отметить, что при этом положение кристалла относительно накачивающего пучка света остается неизменным. Это обеспечивает точное и стабильное управление характеристиками поляритонного излучения.
Широкая спектральная настраиваемость излучения поляритонов подтверждает универсальность CsPbBr3 для интеграции в оптическую логику и другие технологические достижения. Это открывает перспективы для разработки высокоскоростных, энергоэффективных полностью оптических поляритонных логических устройств, которые могли бы революционизировать методы обработки информации.
Возможность настраивать излучение поляритонов при комнатной температуре с использованием перовскита CsPbBr3 представляет собой прорыв, который устраняет многие препятствия, стоящие на пути создания эффективных оптических логических систем. Этот метод, основанный на изменении эффективной длины микрорезонатора, а не положения кристалла, позволяет добиться точного контроля над параметрами излучения.
Использование перовскитов в качестве основного материала для создания поляритонных устройств не только решает проблему криогенных температур, но и открывает двери для создания более компактных и энергоэффективных устройств. Высокая энергия связи экситонов в CsPbBr3 и его оптическая стабильность делают его перспективным материалом для будущих оптических технологий.
В будущем эта разработка может привести к появлению нового поколения вычислительных устройств, основанных на фотонике, где обработка информации будет происходить со скоростью света, потребляя при этом меньше энергии. Это исследование является важным шагом на пути к созданию более быстрых, эффективных и экологически чистых технологий будущего.
