Uniwersytet Warszawski poinformował, że polscy naukowcy, we współpracy z międzynarodowym zespołem badawczym, skonstruowali układ fotoniczny, złożony z perowskitów i ciekłych kryształów. Odkrycie może znaleźć zastosowanie w tworzeniu wydajnych i niekonwencjonalnych źródeł światła.
Według naukowców perowskity mają szansę zrewolucjonizować energetykę. Są to trwałe i łatwe do wyprodukowania materiały. Dzięki wysokiemu współczynnikowi absorpcji światła słonecznego wykorzystywane są do budowy nowych, wydajniejszych ogniw fotowoltaicznych. Dopiero w ostatnich latach doceniono własności emisyjne tych materiałów i zaczęto je wykorzystywać.
Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego i Wojskowej Akademii Technicznej, we współpracy z włoskim CNR Nanotec, brytyjskim Uniwersytetem Southampton oraz Uniwersytetem Islandii, uzyskali układ fotoniczny o cechach topologicznych strojonych elektrycznie. Badacze opisali swoje odkrycie w artykule zamieszczonym w najnowszym numerze czasopisma naukowego „Science Advances”.
Ostatnie lata obfitują w coraz to nowsze projekty mające na celu poprawę naszej gospodarki energią. Niedawno pisaliśmy o jednym z nich w tekście „Synteza jądrowa – kolejny, tym razem europejski, rekord”.
Perowskity w fotonice i nie tylko
Karolina Łempicka-Mirek, doktorantka na Wydziale Fizyki UW (FUW) i pierwsza autorka publikacji powiedziała: „zauważyliśmy, że dwuwymiarowe perowskity są bardzo stabilne w temperaturze pokojowej, mają dużą energię wiązania ekscytonów oraz wydajność kwantową”. Jak dodają inni badacze uczestniczący w projekcie, te szczególne właściwości mogą być wykorzystywane przy konstruowaniu wydajnych i niekonwencjonalnych źródeł światła. Z tego powodu perowskitów można używać w fotonice. W przyszłych układach optycznych posłużą do przetwarzania informacji z dużą wydajnością energetyczną.
Opracowana przez naukowców struktura fotoniczna może być wykorzystana w optycznych sieciach neuromorficznych, gdzie niezbędna jest precyzyjna kontrola nad nieliniowymi własnościami fotonów. Badaczom z Wojskowej Akademii Technicznej udało się stworzyć system, w którym doprowadzono do silnego sprzężenia wzbudzeń ekscytonowych w dwuwymiarowym perowskicie z fotonami uwięzionymi w dwójłomnej strukturze fotonicznej w postaci dwuwymiarowej wnęki optycznej wypełnionej ciekłym kryształem.
Dr hab. Wiktor Piecek z WAT tłumaczy, że „wytworzenie pasma polarytonowego o niezerowej krzywiźnie Berrego możliwe było dzięki zaprojektowaniu specjalnego skręcenia molekuł ciekłego kryształu przy powierzchni luster”.
Wszystko dzięki polarytonom ekscytonowym
Jak wyjaśnia dr hab. Barbara Piętka, profesor UW, w takiej sytuacji powstają nowe kwazicząstki: polarytony ekscytonowe. Znane są one przede wszystkim z możliwości przejścia fazowego do nierównowagowego kondensatu Bosego-Einsteina, tworzenia stanów nadciekłych w temperaturze pokojowej i silnej emisji światła o charakterze podobnym do światła laserowego.
Układ ten okazał się idealną platformą do stworzenia fotonicznych pasm energetycznych o niezerowej krzywiźnie Berrego. Posłużył także do badania optycznych efektów spin-orbita. Naśladowały one efekty obserwowane dotychczas w fizyce półprzewodników w temperaturach kriogenicznych. Doktorant FUW, Mateusz Król, tłumaczy, że „w tym przypadku odtworzyliśmy sprzężenie spin-orbita typu Rashba-Dresselhaus w reżimie silnego sprzężenia światło-materia w temperaturze pokojowej„.
W ostatnich latach przeprowadzono wiele przełomowych eksperymentów w zakresie projektowania i badania geometrycznych i topologicznych własności pasm energetycznych w ultrazimnych gazach atomowych i fotonice. Jednak, jak podsumował dr hab. Jacek Szczytko z UW, opracowana w ramach tej pracy struktura fotoniczna wykorzystująca sprzężenie spin-orbita i własności polarytonów stanowi przełomowy moment, otwierający drogę do badania stanów topologicznych światła w temperaturze pokojowej.
Perowskity stanowią przełom, ale zdecydowanie nie są jedynymi badanymi i wdrażanymi rozwiązaniami w zakresie energetyki. W związku z postępującymi zmianami klimatu naukowcy cały czas poszukują alternatywnych źródeł energii oraz sposobów na zarządzanie emisjami gazów cieplarnianych. Wspomóc te procesy może także technologia 5G, o czym pisaliśmy na naszym blogu w tekście „Niższa emisja dwutlenku węgla i wyższa efektywność energetyczna – dzięki łączności 5G”.
Źródło: Nauka w Polsce PAP