A equipe de pesquisa exerce controle elétrico sobre polaritons, partículas hibridizadas de matéria leve, à temperatura ambiente

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Imagem representando o controle de partículas polariton usando espectroscopia de acoplamento forte com ponta de campo elétrico. Crédito:POSTECH

Uma equipe de pesquisa foi pioneira em uma técnica inovadora em espectroscopia de ultra-alta resolução. Sua descoberta marca o primeiro exemplo mundial de controle elétrico de polaritons – partículas hibridizadas de matéria leve – à temperatura ambiente. A pesquisa foi publicada em Physical Review Letters .

Polaritons são partículas híbridas "meio-luz, meio-matéria", tendo tanto as características dos fótons - partículas de luz - quanto as da matéria sólida. Suas características únicas exibem propriedades distintas dos fótons tradicionais e da matéria sólida, liberando o potencial para materiais de próxima geração, particularmente na superação das limitações de desempenho dos displays ópticos.

Até agora, a incapacidade de controlar eletricamente os polaritons à temperatura ambiente em um único nível de partícula tem dificultado sua viabilidade comercial.

A equipe de pesquisa desenvolveu um novo método chamado "espectroscopia de acoplamento forte com ponta de campo elétrico", permitindo espectroscopia controlada eletricamente de altíssima resolução. Esta nova técnica permite a manipulação ativa de partículas polariton individuais à temperatura ambiente.

Esta técnica introduz uma nova abordagem para medição, integrando microscopia de super-resolução previamente inventada pela equipe do Prof. Kyoung-Duck Park com controle elétrico ultrapreciso. O instrumento resultante não apenas facilita a geração estável de polariton em um estado físico distinto denominado acoplamento forte à temperatura ambiente, mas também permite a manipulação da cor e do brilho da luz emitida pelas partículas de polariton através do uso de campo elétrico.

Usar partículas polariton em vez de pontos quânticos, materiais-chave das televisões QLED, oferece uma vantagem notável. Uma única partícula polariton pode emitir luz em todas as cores com brilho significativamente aprimorado. Isso elimina a necessidade de três tipos distintos de pontos quânticos para produzir luz vermelha, verde e azul separadamente.

Além disso, esta propriedade pode ser controlada eletricamente de forma semelhante à eletrônica convencional. Em termos de significado acadêmico, a equipe estabeleceu e validou experimentalmente com sucesso o efeito quântico confinado no regime de acoplamento forte, lançando luz sobre um mistério de longa data na pesquisa de partículas polariton.

A realização da equipe tem um significado profundo, pois marca um avanço científico que abre caminho para a próxima geração de pesquisas que visam a criação de diversos dispositivos optoeletrônicos e componentes ópticos baseados na tecnologia polariton. Esta inovação está preparada para dar uma contribuição substancial ao avanço industrial, particularmente no fornecimento de tecnologia de fonte chave para o desenvolvimento de produtos inovadores na indústria de monitores ópticos, incluindo monitores externos ultrabrilhantes e compactos.

Hyeongwoo Lee, principal autor do artigo, enfatizou a importância da pesquisa, afirmando que ela representa “uma descoberta significativa com potencial para impulsionar avanços em vários campos, incluindo sensores ópticos de próxima geração, comunicações ópticas e dispositivos fotônicos quânticos”.

A pesquisa utilizou pontos quânticos fabricados pela equipe do professor Sohee Jeong e pela equipe do professor Jaehoon Lim da Universidade Sungkyunkwan. O modelo teórico foi elaborado pelo Professor Alexander Efros do Laboratório de Pesquisa Naval, enquanto a análise dos dados foi conduzida pela equipe do Professor Markus Raschke da Universidade do Colorado e pela equipe do Professor Matthew Pelton da Universidade de Maryland.

Yeonjeong Koo, Jinhyuk Bae, Mingu Kang, Taeyoung Moon e Huitae Joo do Departamento de Física da POSTECH realizaram o trabalho de medição.

Mais informações: Hyeongwoo Lee et al, Ponto quântico polaritônico único eletricamente ajustável à temperatura ambiente, Cartas de revisão física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.133001
Informações do diário: Cartas de revisão física

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang

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