Нелинейная фотоника получила мощный импульс благодаря созданию новых кристаллов перовскита

Новые методы синтеза позволили получить высококачественные монокристаллы перовскита, которые могут быть использованы в различных оптических приложениях

Учёные из Варшавского университета, в сотрудничестве с исследователями из Польши, Италии, Исландии и Австралии, продемонстрировали прорыв в области нелинейной фотоники и квантовой обработки сигналов. Результаты их исследования, опубликованные в журнале Nature Materials, описывают создание кристаллов перовскита с заданными формами, которые могут служить в качестве волноводов, соединителей, разветвителей и модуляторов при комнатной температуре.

Кристаллы перовскита, изготовленные с помощью микрофлюидного подхода, выращиваются из раствора в узких полимерных формах, что позволяет контролировать их размеры и формы. Этот метод в сочетании с использованием атомарно гладких шаблонов из арсенида галлия позволил получить высококачественные монокристаллы.

Профессор Барбара Пентка из физического факультета Варшавского университета подчеркнула: «Перовскиты демонстрируют большую универсальность: от поликристаллических слоёв, нано- и микрокристаллов до объёмных кристаллов. Их можно использовать в различных приложениях, от солнечных батарей до лазеров».

Одним из ключевых материалов, использованных в исследовании, является цезий-свинец-бромид (CsPbBr 3), который является идеальным полупроводником для оптических приложений из-за высокой энергии связи экситона и силы осциллятора. Это позволяет улучшить взаимодействия, значительно снижая энергию, необходимую для нелинейного усиления света.

Исследователи также наблюдали краевой эффект, связанный с образованием конденсата экситон-поляритонов, которые являются квазичастицами, ведущими себя частично как свет, а частично как материя.

Профессор Пентка объяснила: «Длина волны излучаемого света изменяется под воздействием сильных взаимодействий света и вещества, что указывает на то, что излучение обусловлено образованием неравновесного конденсата Бозе-Эйнштейна экситон-поляритонов».

Доктор Хельги Сигурдссон из Научного института Исландского университета в Рейкьявике добавляет: «Высокая когерентность между различными сигналами излучаемого света с краёв и углов, подтверждённая в дальнепольной фотолюминесценции и спектроскопии с угловым разрешением, указывает на образование когерентного, макроскопически протяжённого поляритонного конденсата».

Эти открытия открывают дверь к будущим устройствам, которые смогут работать на уровне отдельных фотонов, объединяя нанолазеры с волноводами и другими элементами на одном чипе. Профессор Михал Матушевский из Центра теоретической физики Польской академии наук заключил: «Мы прогнозируем, что наши открытия откроют дверь к устройствам, которые смогут работать на уровне отдельных фотонов».

Перовскиты могут сыграть ключевую роль в развитии оптических технологий, а разработанные структуры могут быть совместимы с кремниевой технологией, что ещё больше повышает их коммерческий потенциал.