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Mar 28, 2023

Des physiciens ont développé un nouveau système photonique avec des caractéristiques topologiques réglées électriquement

14 octobre 2022 par

14 octobre 2022

par Université de Varsovie, Faculté de physique

Des scientifiques de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie, en coopération avec l'Université militaire de technologie, le CNR Nanotec italien, l'Université britannique de Southampton et l'Université d'Islande, ont obtenu un nouveau système photonique avec des caractéristiques topologiques réglées électriquement, constitué de pérovskites et cristaux liquides. Leurs recherches sont publiées dans les dernières Science Advances.

Les pérovskites sont des matériaux qui ont une chance de révolutionner l'énergie. Ce sont des matériaux durables et faciles à produire, dont la propriété particulière est un coefficient d'absorption de la lumière solaire élevé et qui sont donc utilisés pour construire de nouvelles cellules photovoltaïques plus efficaces. Ces dernières années, les propriétés d'émission de ces matériaux, jusqu'ici sous-estimées, ont été utilisées.

"Nous avons remarqué que les pérovskites bidimensionnelles sont très stables à température ambiante, ont une énergie de liaison d'excitons élevée et une efficacité quantique élevée", déclare Ph.D. étudiante Karolina Lempicka-Mirek de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie, premier auteur de la publication. "Ces propriétés spéciales peuvent être utilisées dans la construction de sources lumineuses efficaces et non conventionnelles. Ceci est important pour les applications dans les nouveaux systèmes photoniques."

"En particulier, il est prévu d'utiliser les pérovskites pour le traitement de l'information à haute efficacité énergétique", ajoute Barbara Pietka, chercheuse à l'Université de Varsovie.

Les scientifiques ont réussi à créer un système dans lequel les excitons d'une pérovskite bidimensionnelle étaient fortement couplés à des photons piégés dans une structure photonique biréfringente : une cavité optique bidimensionnelle remplie d'un cristal liquide.

"Dans un tel régime, de nouvelles quasi-particules sont créées : des polaritons excitoniques, qui sont principalement connus pour la possibilité d'une transition de phase vers un condensat de Bose-Einstein hors d'équilibre, la formation d'états superfluides à température ambiante et une forte émission de lumière similaire à la lumière laser, " explique Barbara Pietka.

"Notre système s'est avéré être une plate-forme idéale pour créer des bandes d'énergie photonique avec une courbure de Berry non nulle et étudier les effets optiques spin-orbite imitant ceux précédemment observés en physique des semi-conducteurs à des températures cryogéniques", explique Mateusz Krol, Ph.D. étudiant de la Faculté de Physique de l'Université de Varsovie. "Dans ce cas, nous avons recréé le couplage spin-orbite Rashba-Dresselhaus dans le régime de couplage fort lumière-matière à température ambiante."

"La génération d'une bande de polariton avec une courbure de Berry non nulle a été possible grâce à la conception d'une torsion spéciale des molécules de cristaux liquides à la surface des miroirs", explique le co-auteur de l'étude, Wiktor Piecek de l'Université militaire. of Technology, où les cavités optiques testées ont été fabriquées.

"La courbure de Berry décrit quantitativement les propriétés topologiques des bandes d'énergie dans des matériaux tels que les isolants topologiques 3D, les semi-métaux de Weil et les matériaux de Dirac", explique Helgi Sigurdsson de l'Université d'Islande. "Il joue principalement un rôle clé dans le transport anormal et l'effet Hall quantique. Ces dernières années, de nombreuses expériences révolutionnaires ont été menées dans la conception et l'étude des bandes d'énergie géométriques et topologiques dans les gaz atomiques ultrafroids et la photonique."

"La structure photonique développée dans ce travail, utilisant le couplage spin-orbite et les propriétés des polaritons, ouvre la voie à l'étude des états topologiques des fluides légers à température ambiante", explique Jacek Szczytko de la Faculté de Physique de l'Université de Varsovie. .

"De plus, il peut être utilisé dans les réseaux neuromorphiques optiques, où un contrôle précis des propriétés non linéaires des photons est nécessaire", ajoute Barbara Pietka.

Plus d'information: Karolina Łempicka-Mirek et al, Courbure de Berry accordable électriquement et fort couplage lumière-matière dans des microcavités à cristaux liquides avec pérovskite 2D, Science Advances (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abq7533

Informations sur la revue :Avancées scientifiques

Fourni par Université de Varsovie, Faculté de physique