Emissão de luz coerente de polaritons unidimensionais na nanocavidade de poços quânticos. Acima do limite do laser, o padrão de interferência, que está associado aos modos de cavidade Fabry-Pérot ao longo do eixo longo do nanorod (inserção à esquerda), é observado. Os poços quânticos radiais integrados na parede lateral do nanorod (inserção à direita) fornecem a estabilidade térmica aprimorada e a força do oscilador de excitons para atingir o laser de polariton à temperatura ambiente. Crédito:DGIST
Um nano-laser polariton à temperatura ambiente foi demonstrado, junto com várias descobertas de pesquisas relacionadas, sobre tópicos como física polariton em nanoescala e também aplicações em sistemas de informação quântica. A pesquisa foi publicada na revista, Avanços da Ciência .
DGIST anunciou em 8 de maio que um nano-laser polariton operando em temperatura ambiente foi desenvolvido pela equipe do Professor Chang-Hee Cho no Departamento de Ciência de Materiais Emergentes, em colaboração com o professor Seong-Ju Park no GIST e o professor Ritesh Agarwal na Universidade da Pensilvânia. Quando uma excitação de material pela criação de estados ligados a Coulomb de pares de elétron-buraco (excitons) interage fortemente com os fótons, um estado quântico macroscópico de exciton-polaritons é formado, que recebe propriedades da luz e da matéria, resultando em fontes de luz coerentes com grande eficiência energética, chamados de 'lasers de polariton'. O laser polariton está chamando muita atenção como a tecnologia de laser da próxima geração porque pode operar em potência ultrabaixa. Contudo, seu desenvolvimento tem sido limitado devido às dificuldades em controlar a estabilidade térmica dos excitons, especialmente em dispositivos em nanoescala.
Para superar essas limitações, a equipe de pesquisa usou um 'poço quântico, 'que é um espaço no qual os elétrons caem facilmente. O pesquisador Dr. Jang-Won Kang da DGIST produziu um poço quântico na parede lateral de um semicondutor nanoestruturado e conseguiu manter excitons termicamente estáveis mesmo em temperatura ambiente, caso contrário, eles são estáveis apenas em temperaturas muito baixas.
Além disso, a estrutura do poço quântico contribuiu para a formação de estados exciton-polariton mais eficientes e estáveis do que antes, fortalecendo o acoplamento de exciton e luz dentro do semicondutor nanoestruturado. Isso criou uma base sólida para a equipe do professor Chang-Hee Cho desenvolver nano-lasers polariton, que são estáveis à temperatura ambiente e operam com apenas 1/10 da potência dos nano-lasers existentes.
O professor Cho afirmou que "Uma vez que o novo semicondutor nanoestruturado pode aumentar as propriedades dos excitons e, portanto, dos exciton-polaritons, fomos capazes de desenvolver os nano-lasers polariton que podem operar em temperatura ambiente usando esta tecnologia. Especialmente, estamos muito felizes porque agora podemos contribuir para a construção de uma plataforma para estudar os fenômenos físicos relacionados aos exciton-polaritons à temperatura ambiente. "
