Fononeilla parannusta valonkeruun ja valoemission rakenteille14.10.2025
Rice Universityn tutkijaryhmä yhteistyökumppaneineen on löytänyt keinon saada kaksi erilaista fononia ohuissa lyijyhalogenidiperovskiittikalvoissa vuorovaikuttamaan valon kanssa niin voimakkaasti, että ne yhdistyvät täysin uusiksi hybridiolomuodoiksi. Tutkimuksessa raportoitu löydös voisi tarjota tehokkaan uuden vivun perovskiittimateriaalien energian keräämisen ja kuljettamisen hallintaan. Saadakseen tietyn terahertsialueen valotaajuuden vuorovaikutukseen halogenidiperovskiittikiteiden fononien kanssa tutkijat valmistivat nanoskaalan rakoaukkoja ohueen kultakerrokseen. Aukot toimivat kuin pienet metalliset valonloukut, jotka virittivät sen taajuuden fononien taajuuteen ja synnyttivät siten voimakkaan vuorovaikutuksen, joka tunnetaan nimellä "ultravahva kytkentä". ”Tietojemme mukaan tämä on ensimmäinen huoneenlämmössä tehty demonstraatio perovskiittiohutkalvossa, jossa kaksi fononia siirtyy ultravahvaan kytkentätilaan yhdellä muokatulla terahertsiresonanssilla”, sanoo Dasom Kim, Ricen yliopiston tohtoriopiskelija ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. Efektin virittämiseksi tutkijat tekivät seitsemän eri kokoista nanoaukkoa: Pidemmät aukot vangitsivat matalataajuista valoa, kun taas lyhyemmät aukot vangitsivat korkeampia taajuuksia. Tavoitteena oli sovittaa rajoitettu valotaajuus tarkasti perovskiittimateriaalin värähtelytaajuuksiin. ”Valmistimme seitsemän hieman eri pituisen nanoskaalan urien ryhmiä yhden terahertsin resonanssin virittämiseksi ja kerrostimme niiden päälle perovskiittisia ohutkalvoja”, Kim sanoi. ”Uran geometrian suunnittelu mahdollisti valon ja perovskiittifononien välisen vuorovaikutuksen muokkaamisen ilman tehokkaita laserpulsseja tai kookkaita kiteitä.” Lopputuloksena oli kolmen erillisen hybridikvanttitilan, jotka tunnetaan fononipolaritoneina, ilmaantuminen, joista jokainen on uusi värähtelyn ja valon sekoitus. ”Kytkentäsuhde saavutti noin 30 % fononitaajuudesta huoneenlämmössä”, Kim sanoi. Kyky lavastaa tällaisia voimakkaita, eksoottisia vuorovaikutuksia useiden kvanttimoodien välillä turvautumatta ulkoisiin ajotekijöihin avaa oven uusille tavoille ohjata energian virtausta optoelektroniikassa. ”Tämän tuloksen tekee poikkeukselliseksi se, että pystyimme paljastamaan täysin uuden fononien käyttäytymisen ilman äärimmäisiä olosuhteita vain suunnittelemalla nanomittakaavan ympäristön huolellisesti”, lisää Kono. Aiheesta aiemmin: Elektronien ja fononien ennustetaan virtaavan kuin vesi 2D-puolijohteissa Fononit ja magnonit kaveraavat Topologinen fotoni-fononi -läpimurto |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kiteisten kiinteiden aineiden atomit värähtelevät joskus yhdessä synnyttäen fononeja. Koska nämä kollektiiviset värähtelyt määräilevät lämmön ja energian liikkumisen materiaalien läpi, niillä on keskeinen rooli valoa talteen ottavissa tai lähettävissä laitteissa, kuten aurinkokennoissa ja ledeissä.