Des scientifiques développent des guides d’ondes en pérovskite personnalisables avec des capacités de laser de pointe
par Robert Schreiber
Berlin, Allemagne (SPX) 26 août 2024
Des chercheurs de la Faculté de physique de l’Université de Varsovie, en collaboration avec des establishments de Pologne, d’Italie, d’Islande et d’Australie, ont réussi à créer des cristaux de perovskite aux formes précises adaptées à la photonique non linéaire. Ces constructions, qui comprennent des guides d’ondes, des coupleurs, des séparateurs et des modulateurs, sont remarquables pour leur capacité à fonctionner à température ambiante et pourraient avoir un affect significatif sur le traitement des signaux classiques et quantiques. Les résultats, publiés dans « Nature Supplies », mettent en évidence l’effet laser de bord des cristaux, qui est associé à la formation de condensats exciton-polariton, un état dans lequel les quasiparticules présentent à la fois des caractéristiques de lumière et de matière.
« Les perovskites présentent une grande polyvalence : des couches polycristallines aux cristaux massifs en passant par les nano- et micro-cristaux. Elles peuvent être utilisées dans diverses functions, des cellules solaires aux lasers. Certaines, comme le matériau CsPbBr3 (bromure de césium-plomb) que nous avons utilisé, sont également des semi-conducteurs idéaux pour les functions optiques en raison de leur énergie de liaison d’excitons élevée et de leur drive d’oscillateur », a déclaré la professeure Barbara Pietka de l’Université de Varsovie, soulignant le potentiel des matériaux pour améliorer les interactions lumineuses et réduire les besoins énergétiques pour l’amplification non linéaire de la lumière.
L’équipe a utilisé des strategies de synthèse évolutives pour produire des cristaux de perovskite aux dimensions exactes, en utilisant une approche microfluidique pour faire croître les cristaux dans des moules en polymère. En contrôlant avec précision la focus de la answer et les températures de croissance, et en utilisant des modèles d’arséniure de gallium presque atomiquement lisses, les chercheurs ont pu produire des monocristaux de haute qualité qui pouvaient être façonnés sous diverses formes, les rendant ainsi compatibles avec les dispositifs photoniques existants.
« Ces cristaux, grâce à leur grande qualité, forment sur leurs parois des résonateurs de sort Fabry-Perot, ce qui permet d’observer de forts effets non linéaires sans avoir recours à des miroirs de Bragg externes », explique Mateusz Kedziora, doctorant et premier auteur de l’article. Cette qualité ouvre de nouvelles possibilités d’utilisation de ces matériaux dans des circuits photoniques intégrés.
L’un des résultats majeurs de l’étude est la démonstration de l’émission laser polaritonique depuis les bords et les cash des microfils. Selon le professeur Pietka, « la longueur d’onde de la lumière émise est modifiée par les effets des fortes interactions lumière-matière, ce qui indique que l’émission est due à la formation d’un condensat de Bose-Einstein hors équilibre d’excitons-polaritons ». La recherche montre que cet effet laser n’est pas conventionnel mais provient plutôt d’un condensat dans un régime de couplage lumière-matière fort, comme le confirment la photoluminescence en champ lointain et la spectroscopie à résolution angulaire.
Le Dr Helgi Sigurosson de l’Université d’Islande et de la Faculté de physique de l’Université de Varsovie a ajouté : « La forte cohérence entre les différents signaux de la lumière émise par les bords et les cash, confirmée par photoluminescence en champ lointain et spectroscopie à résolution angulaire, indique la formation d’un condensat de polaritons cohérent et étendu macroscopiquement. » Le décalage vers le bleu observé, une augmentation de l’énergie avec l’augmentation de la inhabitants d’un mode donné, corrobore davantage les effets non linéaires et les interactions au sein du condensat.
Les simulations de l’équipe de recherche, dirigée par le Dr Andrzej Opala et le Prof. Tomasz Czyszanowski, ont révélé remark les résonateurs naturels pour les modes lumineux et la diffusion aux bords des cristaux influencent les caractéristiques d’émission. Leurs résultats pourraient permettre le développement de systèmes compacts « sur puce » pour l’informatique classique et quantique, intégrant des nanolasers avec des guides d’ondes sur une seule puce. « Nous prévoyons que nos découvertes ouvriront la voie à de futurs dispositifs capables de fonctionner au niveau des photons uniques, intégrant des nanolasers avec des guides d’ondes et d’autres éléments sur une seule puce », a déclaré le Prof. Michal Matuszewski, soulignant l’significance de cette avancée.
Cette avancée pourrait jouer un rôle essential dans le développement futur des applied sciences optiques, les cristaux de perovskite pouvant être intégrés dans des systèmes photoniques non linéaires fonctionnant à température ambiante. La compatibilité de ces constructions avec la technologie silicium existante renforce également leur potentiel industrial.
Rapport de recherche :Guides d’ondes en cristal de perovskite préconçus pour la condensation exciton-polariton à température ambiante et l’émission laser de bord
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Université de Varsovie, Faculté de physique
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