Credito:North Carolina State University
Le perovskiti semiconduttrici che mostrano superfluorescenza a temperatura ambiente lo fanno a causa degli "ammortizzatori" termici incorporati che proteggono i dipoli all'interno del materiale dalle interferenze termiche. Un nuovo studio della North Carolina State University esplora il meccanismo coinvolto in questa transizione di fase quantistica macroscopica e spiega come e perché materiali come le perovskiti mostrano una coerenza quantistica macroscopica ad alte temperature.
Immagina un banco di pesci che nuotano all'unisono o il lampeggiare sincronizzato delle lucciole, esempi di comportamento collettivo in natura. Quando un comportamento collettivo simile si verifica nel mondo quantistico, un fenomeno noto come transizione di fase quantistica macroscopica, porta a processi esotici come la superconduttività, la superfluidità o la superfluorescenza. In tutti questi processi un gruppo di particelle quantistiche forma un sistema macroscopicamente coerente che agisce come una particella quantistica gigante.
La superfluorescenza è una transizione di fase quantistica macroscopica in cui una popolazione di minuscole unità di emissione di luce note come dipoli formano un dipolo quantistico gigante e contemporaneamente irradiano un'esplosione di fotoni. Simile alla superconduttività e alla superfluidità, la superfluorescenza normalmente richiede l'osservazione delle temperature criogeniche, perché i dipoli si spostano fuori fase troppo rapidamente per formare uno stato coerente collettivamente.
Di recente, un team guidato da Kenan Gundogdu, professore di fisica all'NC State e corrispondente autore di un articolo che descrive il lavoro, ha osservato la superfluorescenza a temperatura ambiente in perovskiti ibride.
"Le nostre osservazioni iniziali indicavano che qualcosa stava proteggendo questi atomi dai disturbi termici a temperature più elevate", afferma Gundogdu.
Il team ha analizzato la struttura e le proprietà ottiche di una comune perovskite ibrida alogenuro di piombo. Hanno notato la formazione di polaroni in questi materiali:quasiparticelle fatte di moto reticolare legato ed elettroni. Il movimento del reticolo si riferisce a un gruppo di atomi che oscillano collettivamente. Quando un elettrone si lega a questi atomi oscillanti, si forma un polarone.
"La nostra analisi ha mostrato che la formazione di grandi polaroni crea un meccanismo di filtro del rumore vibrazionale termico che chiamiamo 'Quantum Analog of Vibration Isolation' o QAVI", afferma Gundogdu.
Secondo Franky So, Walter e Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering presso NC State, "In parole povere, QAVI è un ammortizzatore. Una volta che i dipoli sono protetti dagli ammortizzatori, possono sincronizzarsi ed esibire superfluorescenza". Così è coautore della ricerca.
Secondo i ricercatori, QAVI è una proprietà intrinseca che esiste in alcuni materiali, come le perovskiti ibride. Tuttavia, capire come funziona questo meccanismo potrebbe portare a dispositivi quantistici che potrebbero funzionare a temperatura ambiente.
"Capire questo meccanismo non solo risolve un importante enigma della fisica, ma può aiutarci a identificare, selezionare e anche adattare materiali con proprietà che consentono una coerenza quantistica estesa e transizioni di fase quantistiche macroscopiche", afferma Gundogdu.
La ricerca appare in Nature Photonics . + Esplora ulteriormente
