Un gruppo di ricerca ha aperto la strada a una tecnica innovativa nella spettroscopia ad altissima risoluzione. La loro svolta segna il primo caso al mondo di controllo elettrico dei polaritoni (particelle di materia luminosa ibridizzate) a temperatura ambiente. La ricerca è stata pubblicata in Physical Review Letters .
I polaritoni sono particelle ibride "metà luce e metà materia", aventi sia le caratteristiche dei fotoni - particelle di luce - sia quelle della materia solida. Le loro caratteristiche uniche mostrano proprietà distinte sia dai fotoni tradizionali che dalla materia solida, sbloccando il potenziale per i materiali di prossima generazione, in particolare nel superare i limiti prestazionali dei display ottici.
Fino ad ora, l'incapacità di controllare elettricamente i polaritoni a temperatura ambiente a livello di singola particella ne ha ostacolato la fattibilità commerciale.
Il gruppo di ricerca ha ideato un nuovo metodo chiamato “spettroscopia ad accoppiamento forte potenziato dalla punta del campo elettrico”, che consente una spettroscopia controllata elettricamente ad altissima risoluzione. Questa nuova tecnica consente la manipolazione attiva delle singole particelle di polaritoni a temperatura ambiente.
Questa tecnica introduce un nuovo approccio alla misurazione, integrando la microscopia a super risoluzione precedentemente inventata dal team del Prof. Kyoung-Duck Park con un controllo elettrico ultra preciso. Lo strumento risultante non solo facilita la generazione stabile di polaritoni in uno stato fisico distintivo chiamato forte accoppiamento a temperatura ambiente, ma consente anche la manipolazione del colore e della luminosità della luce emessa dalle particelle polaritoni attraverso l'uso del campo elettrico.
L’uso di particelle polaritone invece di punti quantici, materiali chiave dei televisori QLED, offre un notevole vantaggio. Una singola particella polaritone può emettere luce in tutti i colori con una luminosità notevolmente migliorata. Ciò elimina la necessità di tre tipi distinti di punti quantici per produrre separatamente luce rossa, verde e blu.
Inoltre, questa proprietà può essere controllata elettricamente in modo simile all'elettronica convenzionale. In termini di significato accademico, il team ha stabilito con successo e convalidato sperimentalmente l'effetto Stark confinato quantistico nel regime di accoppiamento forte, facendo luce su un mistero di lunga data nella ricerca sulle particelle polaritoni.
Il risultato ottenuto dal team riveste un profondo significato in quanto segna una svolta scientifica che apre la strada alla prossima generazione di ricerca mirata alla creazione di diversi dispositivi optoelettronici e componenti ottici basati sulla tecnologia dei polaritoni. Questa svolta è destinata a dare un contributo sostanziale al progresso industriale, in particolare fornendo tecnologia chiave per lo sviluppo di prodotti innovativi nel settore dei display ottici, compresi display per esterni ultraluminosi e compatti.
Hyeongwoo Lee, l'autore principale dell'articolo, ha sottolineato l'importanza della ricerca, affermando che rappresenta "una scoperta significativa con il potenziale di promuovere progressi in numerosi campi, tra cui sensori ottici di prossima generazione, comunicazioni ottiche e dispositivi fotonici quantistici". P>
La ricerca ha utilizzato punti quantici fabbricati dal team del professor Sohee Jeong e dal team del professor Jaehoon Lim dell'Università di Sungkyunkwan. Il modello teorico è stato realizzato dal professor Alexander Efros del Naval Research Laboratory mentre l'analisi dei dati è stata condotta dal team del professor Markus Raschke dell'Università del Colorado e dal team del professor Matthew Pelton dell'Università del Maryland.
Yeonjeong Koo, Jinhyuk Bae, Mingu Kang, Taeyoung Moon e Huitae Joo del dipartimento di fisica di POSTECH hanno eseguito il lavoro di misurazione.
Ulteriori informazioni: Hyeongwoo Lee et al, Punto quantico polaritonico singolo sintonizzabile elettricamente a temperatura ambiente, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.133001
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
