Perovskitas semicondutoras que exibem superfluorescência à temperatura ambiente o fazem devido a "absorvedores de choque" térmicos embutidos que protegem os dipolos dentro do material da interferência térmica. Um novo estudo da Universidade Estadual da Carolina do Norte explora o mecanismo envolvido nessa transição de fase quântica macroscópica e explica como e por que materiais como perovskitas exibem coerência quântica macroscópica em altas temperaturas.
Imagine um cardume de peixes nadando em uníssono ou o piscar sincronizado de vaga-lumes — exemplos de comportamento coletivo na natureza. Quando um comportamento coletivo semelhante acontece no mundo quântico – um fenômeno conhecido como transição de fase quântica macroscópica – leva a processos exóticos, como supercondutividade, superfluidez ou superfluorescência. Em todos esses processos, um grupo de partículas quânticas forma um sistema macroscopicamente coerente que age como uma partícula quântica gigante.

A superfluorescência é uma transição de fase quântica macroscópica na qual uma população de pequenas unidades emissoras de luz conhecidas como dipolos formam um dipolo quântico gigante e simultaneamente irradiam uma explosão de fótons. Semelhante à supercondutividade e superfluidez, a superfluorescência normalmente requer que temperaturas criogênicas sejam observadas, porque os dipolos saem de fase muito rapidamente para formar um estado coletivamente coerente.

Recentemente, uma equipe liderada por Kenan Gundogdu, professor de física da NC State e autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho, observou superfluorescência à temperatura ambiente em perovskitas híbridas.

"Nossas observações iniciais indicaram que algo estava protegendo esses átomos de distúrbios térmicos em temperaturas mais altas", diz Gundogdu.

A equipe analisou a estrutura e as propriedades ópticas de uma perovskita híbrida de chumbo-haleto comum. Eles notaram a formação de polarons nesses materiais – quasipartículas feitas de movimento de rede ligado e elétrons. O movimento da rede refere-se a um grupo de átomos que estão oscilando coletivamente. Quando um elétron se liga a esses átomos oscilantes, um polaron se forma.

"Nossa análise mostrou que a formação de grandes polarons cria um mecanismo de filtro de ruído vibracional térmico que chamamos de 'Análogo Quântico de Isolamento de Vibração', ou QAVI", diz Gundogdu.

De acordo com Franky So, Walter e Ida Freeman Distinguished Professor de Ciência e Engenharia de Materiais na NC State, "Em termos leigos, QAVI é um amortecedor. Uma vez que os dipolos são protegidos pelos amortecedores, eles podem sincronizar e exibir superfluorescência." Assim é co-autor da pesquisa.

Segundo os pesquisadores, o QAVI é uma propriedade intrínseca que existe em certos materiais, como as perovskitas híbridas. No entanto, entender como esse mecanismo funciona pode levar a dispositivos quânticos que podem operar à temperatura ambiente.

“Entender esse mecanismo não apenas resolve um grande quebra-cabeça da física, mas pode nos ajudar a identificar, selecionar e também adaptar materiais com propriedades que permitem coerência quântica estendida e transições de fase quântica macroscópicas”, diz Gundogdu.

A pesquisa aparece em Nature Photonics . + Explorar mais

A perovskita comum superfluoresce em altas temperaturas