Поиск минимально возможного лазера: немецкие физики генерируют экзотическое квантовое состояние в атомарно тонком кристалле

Международная группа исследователей во главе с физиками доктором Карлосом Антон-Соланасом и профессором Кристианом Шнайдером из Университета Ольденбурга впервые сумела создать это необычное квантовое состояние в комплексах носителей заряда, которые тесно связаны с легкими частицами и расположены в ультратонких слоях. полупроводниковые листы, состоящие из одного слоя атомов. Как сообщает команда в научном журнале Nature Materials, этот процесс производит свет, похожий на тот, который генерируется лазером. Это означает, что это явление можно использовать для создания твердотельных лазеров наименьшего размера.

Работа является результатом сотрудничества исследователей Ольденбурга и исследовательских групп профессора Свена Хофлинга и профессора Себастьяна Клембта из Вюрцбургского университета (Германия), профессора Сефааттина Тонгая из Университета штата Аризона (США), профессора Алексея Кавокина из Университета Вестлейк. (Китай), а также профессора Такаши Танигучи и профессора Кенджи Ватанабэ из Национального института материаловедения в Цукубе (Япония).
В центре внимания исследования квазичастицы, состоящие как из вещества, так и из света, известные как экситон-поляритоны – продукт сильной связи между возбужденными электронами в твердых телах и легкими частицами (фотонами). Они образуются, когда электроны стимулируются лазерным светом в более высокое энергетическое состояние.

Через короткое время, порядка одной триллионной секунды, электроны возвращаются в свое основное состояние, переизлучая легкие частицы.
Когда эти частицы попадают между двумя зеркалами, они, в свою очередь, могут возбуждать новые электроны – цикл, который повторяется до тех пор, пока легкая частица не выйдет из ловушки. Гибридные частицы легкой материи, которые образуются в этом процессе, называются экситон-поляритонами.

Они сочетают в себе интересные свойства электронов и фотонов и ведут себя аналогично некоторым физическим частицам, называемым бозонами. «Устройства, которые могут управлять этими новыми состояниями легкой материи, обещают совершить технологический скачок по сравнению с существующими электронными схемами», – сказал ведущий автор Антон-Соланас, научный сотрудник группы квантовых материалов Института физики Ольденбургского университета. Такие оптоэлектронные схемы, которые работают с использованием света вместо электрического тока, могут быть лучше и быстрее при обработке информации, чем современные процессоры.
В новом исследовании группа под руководством Антона-Соланаса и Шнайдера рассмотрела экситон-поляритоны в ультратонких кристаллах, состоящих из одного слоя атомов. Эти двумерные кристаллы часто обладают необычными физическими свойствами.

Например, используемый здесь полупроводниковый материал, диселенид молибдена, очень реактивен к свету.
Исследователи построили листы диселенида молибдена толщиной менее одного нанометра (миллиардную долю метра) и зажали двумерный кристалл между двумя слоями других материалов, которые отражают легкие частицы, как это делают зеркала. «Эта структура действует как клетка для света», – пояснил Антон-Соланас.

Физики называют это «микрополостью».”
Антон-Соланас и его коллеги охладили свою установку до нескольких градусов выше абсолютного нуля и стимулировали образование экситон-поляритонов с помощью коротких импульсов лазерного света. Выше определенной интенсивности они наблюдали резкое увеличение светового излучения их образца.

Это, вместе с другими доказательствами, позволило им сделать вывод, что им удалось создать конденсат Бозе-Эйнштейна из экситон-поляритонов.
«Теоретически это явление можно использовать для создания источников когерентного света на основе всего лишь одного слоя атомов», – сказал Антон-Соланас. “Это означало бы, что мы создали твердотельный лазер наименьшего размера.«Исследователи уверены, что с другими материалами эффект может быть получен и при комнатной температуре, так что в долгосрочной перспективе он также будет пригоден для практического применения. Первые эксперименты команды в этом направлении уже увенчались успехом.
Исследование является результатом проекта unlimit2D под руководством Кристиана Шнайдера, который финансируется стартовым грантом Европейского исследовательского совета (ERC).

Эксперименты проводились в Вюрцбургском университете.

6 комментариев к “Поиск минимально возможного лазера: немецкие физики генерируют экзотическое квантовое состояние в атомарно тонком кристалле”

  1. Дарья Воронина

    Вояжировал в мировой сети интернет и угодил сюда. Какое отличное великое изобретение населения земли. При подмоге мобильной сети общаешься, исследуешь, разбираешь … Чисто и с вами лично имел честь познакомиться.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *