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Mar 28, 2023

Los físicos han desarrollado un nuevo sistema fotónico con características topológicas ajustadas eléctricamente

14 de octubre de 2022 por

14 de octubre de 2022

por la Universidad de Varsovia, Facultad de Física

Científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia en cooperación con la Universidad Militar de Tecnología, el CNR Nanotec italiano, la Universidad británica de Southampton y la Universidad de Islandia obtuvieron un nuevo sistema fotónico con características topológicas sintonizadas eléctricamente, construido con perovskitas y cristales líquidos Su investigación se publica en el último Science Advances.

Las perovskitas son materiales que tienen la posibilidad de revolucionar la energía. Estos son materiales duraderos y fáciles de producir, cuya propiedad especial es un alto coeficiente de absorción de luz solar y, por lo tanto, se utilizan para construir nuevas células fotovoltaicas más eficientes. En los últimos años se han utilizado las propiedades de emisión de estos materiales, hasta ahora subestimadas.

"Nos dimos cuenta de que las perovskitas bidimensionales son muy estables a temperatura ambiente, tienen una alta energía de unión al excitón y una alta eficiencia cuántica", dice Ph.D. estudiante Karolina Lempicka-Mirek de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, la primera autora de la publicación. "Estas propiedades especiales se pueden utilizar en la construcción de fuentes de luz eficientes y no convencionales. Esto es importante para aplicaciones en nuevos sistemas fotónicos".

“En particular, se planea utilizar perovskitas para el procesamiento de información con alta eficiencia energética”, agrega Barbara Pietka, investigadora de la Universidad de Varsovia.

Los científicos lograron crear un sistema en el que los excitones de una perovskita bidimensional estaban fuertemente acoplados con fotones atrapados en una estructura fotónica birrefringente: una cavidad óptica bidimensional llena de cristal líquido.

"En tal régimen, se crean nuevas cuasipartículas: polaritones excitónicos, que son conocidos principalmente por la posibilidad de transición de fase al condensado de Bose-Einstein que no está en equilibrio, la formación de estados superfluidos a temperatura ambiente y una fuerte emisión de luz similar a la luz láser. " explica Bárbara Pietka.

"Nuestro sistema resultó ser una plataforma ideal para crear bandas de energía fotónica con una curvatura de Berry distinta de cero y estudiar los efectos ópticos de giro-órbita que imitan los observados previamente en la física de semiconductores a temperaturas criogénicas", explica Mateusz Krol, Ph.D. estudiante de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia. "En este caso, recreamos el acoplamiento de rotación de órbita de Rashba-Dresselhaus en el fuerte régimen de acoplamiento de materia ligera a temperatura ambiente".

"La generación de una banda de polaritón con una curvatura de Berry distinta de cero fue posible gracias al diseño de un giro especial de las moléculas de cristal líquido en la superficie de los espejos", explica el coautor del estudio, Wiktor Piecek, de la Universidad Militar. de Tecnología, donde se fabricaron las cavidades ópticas probadas.

"La curvatura de Berry describe cuantitativamente las propiedades topológicas de las bandas de energía en materiales como los aisladores topológicos 3D, los semimetales de Weil y los materiales de Dirac", explica Helgi Sigurdsson de la Universidad de Islandia. "Desempeña principalmente un papel clave en el transporte anómalo y el efecto Hall cuántico. En los últimos años, se han llevado a cabo muchos experimentos innovadores en el diseño y estudio de bandas de energía geométricas y topológicas en gases atómicos ultrafríos y fotónica".

"La estructura fotónica desarrollada en este trabajo, utilizando el acoplamiento espín-órbita y las propiedades de los polaritones, abre el camino para estudiar los estados topológicos de los fluidos ligeros a temperatura ambiente", explica Jacek Szczytko, de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia. .

"Además, se puede utilizar en redes neuromórficas ópticas, donde es necesario un control preciso de las propiedades no lineales de los fotones", añade Barbara Pietka.

Más información: Karolina Łempicka-Mirek et al, Curvatura de Berry ajustable eléctricamente y fuerte acoplamiento de materia ligera en microcavidades de cristal líquido con perovskita 2D, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq7533

Información del diario:Avances de la ciencia

Proporcionado por la Universidad de Varsovia, Facultad de Física