Gráfico da dispersão de energia dos polaritons vs momento em uma microcavidade semicondutora, visto de cima (esquerda) e do lado (direita). Locais de energia mínima, chamados vales, são mostrados com cruzes brancas. Crédito:Institute for Basic Science
Tudo o que experimentamos é feito de luz e matéria. E a interação entre os dois pode trazer efeitos fascinantes. Por exemplo, pode resultar na formação de quasipartículas especiais, chamados polaritons, que são uma combinação de luz e matéria. Uma equipe do Centro de Física Teórica de Sistemas Complexos, dentro do Institute for Basic Science (IBS), modelou o comportamento de polaritons em microcavidades, nanoestruturas feitas de um material semicondutor imprensado entre espelhos especiais (espelhos de Bragg). Publicado em Relatórios Científicos , esta pesquisa traz novas ideias para o campo emergente da Valleytronics.
Emergindo do acoplamento de luz (fótons) e matéria (estado ligado de elétrons e buracos conhecidos como excitons), polaritons têm características de cada um. Eles são formados quando um feixe de luz de uma certa frequência salta para frente e para trás dentro das microcavidades, causando a rápida interconversão entre a luz e a matéria e resultando em polaritons com uma vida útil curta. "Você pode imaginar essas quasipartículas como ondas que você faz na água, eles se movem juntos harmoniosamente, mas eles não duram muito. O curto tempo de vida dos polaritons neste sistema é devido às propriedades dos fótons, "explica o Sr. Meng Sun, primeiro autor do estudo.
Os pesquisadores estão estudando polaritons em microcavidades para entender como suas características podem ser exploradas para superar as tecnologias de semicondutores atuais. A optoeletrônica moderna lê, processo, e armazenar informações controlando o fluxo de partículas, mas procurando novas alternativas mais eficientes, outros parâmetros, como os chamados 'vales' poderiam ser considerados. Os vales podem ser visualizados traçando a energia dos polaritons em seu momento. Valleytronics visa controlar as propriedades dos vales em alguns materiais, como dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs), arseneto de índio gálio alumínio (InGaAlAs), e grafeno.
Modelo de vales com diferentes polarizações. O modelo usa vetores (setas) e cores (de amarelo a azul) para mostrar polarizações opostas em diferentes vales (cruzes brancas). As polarizações opostas (direção da seta) podem ser, em princípio, excitado seletivamente por um laser polarizado. Crédito:Institute for Basic Science
Ser capaz de manipular suas características levaria a vales ajustáveis com dois estados claramente diferentes, correspondendo, por exemplo, a 1 bit e 0 bit, como estados ligado-desligado em computação e comunicações digitais. Uma forma de distinguir vales com o mesmo nível de energia é obter vales com polarizações diferentes, de modo que elétrons (ou polaritons) ocupariam preferencialmente um vale em relação aos outros. Os cientistas do IBS geraram um modelo teórico para a polarização do vale que pode ser útil para a Valleytronics.
Embora os polaritons sejam formados pelo acoplamento de fótons e excitons, a equipe de pesquisa modelou os dois componentes independentemente. "Modelar perfis de potencial de fótons e excitons separadamente é a chave para descobrir onde eles se sobrepõem, e, em seguida, determinar as posições de energia mínima onde ocorrem os vales, "aponta Sun.
Uma característica crucial deste sistema é que os polaritons podem herdar algumas propriedades, como polarização. Vales com polarização diferente se formam espontaneamente quando a divisão dos modos transversal (isto é, perpendicular) eletrônico e magnético do feixe de luz é levada em consideração (divisão TE-TM).
Uma vez que este modelo teórico prevê que vales com polarização oposta podem ser distinguidos e ajustados, em princípio, diferentes vales podem ser excitados seletivamente por uma luz laser polarizada, levando a uma possível aplicação em Valleytronics.
