Miniatyura qurilmasi xona haroratida kuchli lazer chiqaradi, quvvat sarfini 7 baravar kamaytiradi

Yaqinda AQShning Rensselaer politexnika instituti (Rensselaer politexnika instituti) tadqiqotchilari olimlarga yorug‘lik va materiyaning tabiatini o‘rganish, kvant maydonining sirlarini ochishda yordam beradigan inson sochidan ham yupqaroq mikroqurilmani ixtiro qilishdi. Ushbu texnologiyaning eng muhim afzalligi shundaki, u xona haroratida ishlay oladi va murakkab infratuzilmani talab qilmaydi.
Tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, "Materialni tanlash juda muhim va biz birinchi bo'lib ushbu dastur uchun CsPbCl3 eksitonik materialini tanlaymiz". CsPbCl3 - tadqiqotchilar fotonik topologik izolyatorlarni (PTI) yaratish uchun foydalanilgan xalkogenid materialidir.
Klassik fizika bizga dunyoni tushunishga yordam bergan bo'lsa-da, texnologik taraqqiyot kvant mexanikasiga ko'p qarzdor. Yorug'lik chiqaradigan diodlardan (LED) lazerlar, tranzistorlar va hatto elektron mikroskoplargacha, kvant mexanikasini tushunish zamonaviy texnologiyada sakrash va chegaralarni keltirib chiqardi.
Biroq, kvant olamida hali ko'p noma'lum narsalar o'rganilishini kutmoqda. Butun dunyo bo'ylab tadqiqotchilar atom zarralari xatti-harakatlarini o'rganish uchun zamonaviy asbob-uskunalardan foydalanmoqdalar. RPIning Materialshunoslik va muhandislik kafedrasi dotsenti Vey Bao va uning jamoasi o'ziga xos yo'lni bosib o'tdi.
Fotonik topologik izolyator nima?
PTI - yorug'lik fotonlarini material ichidagi maxsus mo'ljallangan interfeyslarga yo'naltiradigan va shu bilan birga yorug'lik u orqali tarqalishini oldini oladigan material. Bu xususiyat materialdagi bir nechta fotonlarning izchil bo'lishiga va bitta fotonning harakatini ko'rsatishiga imkon beradi.
Materialning ushbu xususiyatidan foydalanib, RPI tadqiqotchilari fotonlarning kvant xususiyatlarini o'rganish uchun miniatyura laboratoriyasini yaratish uchun izolyatorni simulyatsiya qilingan materialga aylantirdilar.
Qurilmani ishlab chiqarish jarayonida tadqiqotchilar mikrochip ishlab chiqarishda qo'llaniladigan usullarga o'xshash usullardan foydalanganlar. Ular turli xil materiallarni qatlamma-qatlam yig'ishdi, har bir molekula o'ziga xos xususiyatlarga ega tuzilmalarni qurish uchun ehtiyotkorlik bilan tartibga solingan.
Birinchidan, jamoa seziy, qo'rg'oshin va xlordan juda yupqa xalkogenid plitalarini yaratish uchun foydalangan. Keyinchalik, ular polimerga o'ziga xos naqshlarni chizdilar. Keyin kristall plastinka va polimer turli oksidli materiallarning yupqa qatlamlari orasiga singdirildi, natijada qalinligi taxminan 2 mikron, uzunligi 100 mikron va o'rtacha inson sochining diametridan kamroq bo'lgan kichkina qurilma paydo bo'ldi.
Qurilma qanday ishlaydi?
Jamoa qurilmada lazerdan foydalanganda, material interfeysida porlab turgan uchburchaklar namunasi paydo bo'ldi. Ushbu naqsh lazerning topologik xususiyatlaridan kelib chiqadi va qurilma dizayni bilan belgilanadi.
Qurilmaning muhim afzalligi uning xona haroratida ishlash qobiliyatidir.CsPbCl3 ~64 meV gacha barqaror qo'zg'atuvchi bog'lanish energiyasiga ega, xona haroratida 25,8 meV termal dalgalanmadan ancha yuqori.
Ilgari tadqiqotchilar faqat vakuumda materiyani o‘ta sovib qo‘yishlari mumkin edi, bu esa katta hajmli va qimmat uskunalarni talab qiladi”, — deyiladi jamoa bayonotida. Lekin ko‘plab laboratoriyalar buning uchun jihozlanmagan.Shuning uchun bizning qurilmamiz ko‘proq tadqiqotchilarga asosiy fizika tadqiqotlarini o‘tkazish imkonini beradi. laboratoriyada."
Bundan tashqari, qurilma ishlashi uchun kamroq energiya talab qiladigan lazerlarni ishlab chiqishga yordam beradi. Xona haroratida kuchli bog‘langan topologik qutblangan lazerlarimiz chegarasi (15,2 mkJ sm-2) past haroratli III-V InGaAs zaif bog‘langan tizimidan (~106 mkJ sm-2) ancha past. , bu taxminan etti baravar kam.