Forskere udvikler polariton nano-laser, der fungerer ved stuetemperatur

En rumtemperatur polariton nano-laser er blevet demonstreret, sammen med flere relaterede forskningsresultater, vedrørende emner som polaritonfysik på nanoskala og også anvendelser i kvanteinformationssystemer. Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet, Videnskabens fremskridt .

DGIST annoncerede den 8. maj, at en polariton nano-laser, der opererer ved stuetemperatur, blev udviklet af professor Chang-Hee Chos team i Institut for Emerging Materials Science, i samarbejde med professor Seong-Ju Park ved GIST og professor Ritesh Agarwal ved University of Pennsylvania. Når en excitation af materiale ved at skabe Coulomb-bundne tilstande af elektron-hul-par (excitoner) interagerer stærkt med fotoner, der dannes en makroskopisk kvantetilstand af exciton-polaritoner, som modtager egenskaber af både lyset og stoffet, resulterer i meget energieffektive sammenhængende lyskilder, kaldet 'polaritonlasere'. Polariton-laseren tiltrækker meget opmærksomhed som næste generation af laserteknologi, fordi den kan fungere ved ultralav effekt. Imidlertid, dets udvikling har været begrænset på grund af vanskelighederne med at kontrollere den termiske stabilitet af excitoner, især i nanoskalaenheder.

For at overvinde sådanne begrænsninger, forskerholdet brugte en 'kvantebrønd, ' som er et rum, hvor elektroner let falder. Forskningsstipendiat Dr. Jang-Won Kang ved DGIST producerede en kvantebrønd på sidevæggen af ​​en nanostrukturhalvleder og lykkedes med at opretholde termisk stabile excitoner selv ved stuetemperatur, ellers er de kun stabile ved meget lave temperaturer.

Desuden, kvantebrøndstrukturen bidrog til dannelsen af ​​mere effektive og stabile exciton-polaritontilstande end før ved at styrke koblingen af ​​exciton og lys inde i nanostrukturhalvlederen. Dette skabte et solidt grundlag for professor Chang-Hee Chos team til at udvikle polariton nano-lasere, som er stabile ved stuetemperatur og fungerer ved kun 1/10 af de eksisterende nano-lasere.

Professor Cho udtalte, at "Da den nye nanostruktur-halvleder kan booste egenskaberne af excitoner og dermed exciton-polaritonerne, vi var i stand til at udvikle polariton nano-lasere, der kan fungere ved stuetemperatur ved hjælp af denne teknologi. Især, vi er meget glade, fordi vi nu kan bidrage til at bygge en platform til at studere de fysiske fænomener relateret til exciton-polaritonerne ved stuetemperatur."