Notícias

Dec 02, 2023

Físicos desenvolveram um novo sistema fotônico com características topológicas eletricamente ajustadas

14 de outubro de 2022 por

14 de outubro de 2022

pela Universidade de Varsóvia, Faculdade de Física

Cientistas da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia em cooperação com a Universidade Militar de Tecnologia, o italiano CNR Nanotec, a Universidade Britânica de Southampton e a Universidade da Islândia obtiveram um novo sistema fotônico com características topológicas eletricamente ajustadas, construído de perovskitas e cristais líquidos. Sua pesquisa foi publicada no último Science Advances.

As perovskitas são materiais que têm a chance de revolucionar a energia. São materiais duráveis ​​e fáceis de produzir, cuja propriedade especial é um alto coeficiente de absorção de luz solar e, portanto, são usados ​​para construir novas células fotovoltaicas mais eficientes. Nos últimos anos, as propriedades de emissão desses materiais, até agora subestimadas, têm sido utilizadas.

"Percebemos que as perovskitas bidimensionais são muito estáveis ​​à temperatura ambiente, têm alta energia de ligação de éxciton e alta eficiência quântica", disse o Ph.D. estudante Karolina Lempicka-Mirek da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia, a primeira autora da publicação. "Essas propriedades especiais podem ser usadas na construção de fontes de luz eficientes e não convencionais. Isso é importante para aplicações em novos sistemas fotônicos."

"Em particular, está planejado usar perovskitas para processamento de informações com alta eficiência energética", acrescenta Barbara Pietka, pesquisadora da Universidade de Varsóvia.

Os cientistas conseguiram criar um sistema no qual os excitons em uma perovskita bidimensional eram fortemente acoplados a fótons presos em uma estrutura fotônica birrefringente: uma cavidade óptica bidimensional preenchida com um cristal líquido.

"Em tal regime, novas quasipartículas são criadas: polaritons excitônicos, que são conhecidos principalmente pela possibilidade de transição de fase para o condensado de Bose-Einstein não equilibrado, a formação de estados superfluidos à temperatura ambiente e forte emissão de luz semelhante à luz do laser, " explica Bárbara Pietka.

"Nosso sistema acabou sendo uma plataforma ideal para criar bandas de energia fotônica com curvatura Berry diferente de zero e estudar efeitos ópticos de spin-órbita que imitam aqueles observados anteriormente na física de semicondutores em temperaturas criogênicas", explica Mateusz Krol, Ph.D. estudante da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia. “Neste caso, recriamos o acoplamento spin-órbita Rashba-Dresselhaus no forte regime de acoplamento luz-matéria à temperatura ambiente”.

"A geração de uma banda de polariton com uma curvatura de Berry diferente de zero foi possível graças ao projeto de uma torção especial das moléculas de cristal líquido na superfície dos espelhos", explica o coautor do estudo, Wiktor Piecek, da Universidade Militar. de Tecnologia, onde foram confeccionadas as cavidades ópticas testadas.

"A curvatura Berry descreve quantitativamente as propriedades topológicas das bandas de energia em materiais como isoladores topológicos 3D, semimetais Weil e materiais Dirac", explica Helgi Sigurdsson, da Universidade da Islândia. "Ele desempenha principalmente um papel fundamental no transporte anômalo e no efeito Hall quântico. Nos últimos anos, muitos experimentos inovadores foram realizados no projeto e estudo de bandas de energia geométricas e topológicas em gases atômicos ultrafrios e fotônica."

"A estrutura fotônica desenvolvida neste trabalho, usando o acoplamento spin-órbita e as propriedades dos polaritons, abre caminho para estudar os estados topológicos de fluidos leves à temperatura ambiente", explica Jacek Szczytko, da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia. .

"Além disso, pode ser usado em redes neuromórficas ópticas, onde é necessário um controle preciso sobre as propriedades não lineares dos fótons", acrescenta Barbara Pietka.

Mais Informações: Karolina Łempicka-Mirek et al, Curvatura de Berry eletricamente ajustável e forte acoplamento luz-matéria em microcavidades de cristal líquido com perovskita 2D, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq7533