Almindelige perovskit -superfluorescer ved høje temperaturer

En almindeligt undersøgt perovskit kan overfluorescere ved temperaturer, der er praktiske at opnå og i tidsskalaer, der er lange nok til at gøre den potentielt nyttig i kvanteberegningsapplikationer. Fundet fra North Carolina State University -forskere indikerer også, at superfluorescens kan være en fælles egenskab for hele denne klasse af materialer.

Superfluorescens er et eksempel på kvantefaseovergang - når individuelle atomer i et materiale alle bevæger sig gennem de samme faser i takt, bliver en synkroniseret enhed.

For eksempel, når atomer i et optisk materiale såsom en perovskit ophidses, kan de individuelt udstråle lys, skabe energi, og fluorescens. Hvert atom vil tilfældigt begynde at bevæge sig gennem disse faser, men givet de rigtige betingelser, de kan synkronisere i en makroskopisk kvantefaseovergang. Den synkroniserede enhed kan derefter interagere med eksterne elektriske felter stærkere end noget enkelt atom kunne, skaber en superfluorescerende burst.

"Tilfælde af spontan synkronisering er universelle, forekommer i alt fra planetbaner til ildfluer, der synkroniserer deres signaler, "siger Kenan Gundogdu, professor i fysik ved NC State og tilsvarende forfatter til forskningen. "Men i tilfælde af faste materialer, disse faseovergange antages kun at ske ved ekstremt lave temperaturer. Dette skyldes, at atomerne bevæger sig ud af fase for hurtigt til, at synkronisering kan forekomme, medmindre timingen sænkes ved afkøling. "

Gundogdu og hans team observerede superfluorescens i perovskit -methylammonium -blyiodidet, eller MAPbI ₃ , mens du udforsker dens laseregenskaber. Perovskitter er materialer med en krystalstruktur og lysemitterende egenskaber, der er nyttige til fremstilling af lasere, blandt andre applikationer. De er billige, relativt enkel at fremstille, og bruges i solceller, lyskilder og scannere.

"Når jeg prøver at finde ud af dynamikken bag MAPbI ₃ har laserejendomme, vi bemærkede, at den dynamik, vi observerede, ikke kunne beskrives blot ved hjælp af laseadfærd, "Siger Gundogdu." Normalt udsender en ophidset partikel ved lasning lys, stimulere en anden, og så videre i en geometrisk forstærkning. Men med dette materiale så vi synkronisering og en kvantefaseovergang, hvilket resulterer i superfluorescens. "

Men de mest markante aspekter ved superfluorescensen var, at den forekom ved 78 Kelvin og havde en faselevetid på 10 til 30 picosekunder.

"Generelt sker superfluorescens ved ekstremt kolde temperaturer, der er vanskelige og dyre at opnå, og det varer kun femtosekunder, "Gundogdu siger." Men 78 K handler om temperaturen på tøris eller flydende nitrogen, og faselevetiden er to til tre størrelsesordener længere. Det betyder, at vi har makroskopiske enheder, der holder længe nok til at blive manipuleret. "

Forskerne mener, at denne egenskab generelt kan være mere udbredt i perovskitter, hvilket kan vise sig nyttigt i kvanteprogrammer såsom computerbehandling eller lagring.

"Observation af superfluorescens i faststofmaterialer er altid en stor ting, fordi vi kun har set det i fem eller seks materialer hidtil, "Gundogdu siger." At kunne observere det ved højere temperaturer og længere tidsskalaer åbner døren til mange spændende muligheder. "

Værket vises i Natur fotonik og er støttet af National Science Foundation (bevilling 1729383). NC State kandidatstuderende Gamze Findik og Melike Biliroglu er co-first forfattere. Franky Så, Walter og Ida Freeman Fremstående professor i materialevidenskab og teknik, er medforfatter.