Светлинните частици изминават разстоянието в органичните полупроводници


частица

Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain

Поляритоните предлагат най-доброто от два много различни свята. Тези хибридни частици комбинират светлина и молекули от органичен материал, което ги прави идеални съдове за пренос на енергия в органични полупроводници. Те са съвместими със съвременната електроника, но също така се движат бързо, благодарение на техния фотонен произход.

Те обаче са трудни за контролиране и голяма част от поведението им е загадка.

Проект, ръководен от Андрю Мусер, асистент по химия и химическа биология в Колежа по изкуства и науки, е намерил начин да настрои скоростта на този енергиен поток. Този “дросел” може да премести поляритоните от почти неподвижно положение до нещо, което се доближава до скоростта на светлината и да увеличи техния обхват – подход, който в крайна сметка може да доведе до по-ефективни слънчеви клетки, сензори и светодиоди.

Документът на екипа, “Настройване на кохерентното разпространение на органични екситони-поларитони чрез делокализация на тъмното състояние”, публикуван на 27 април в Разширена наука. Водещият автор е Радж Пандя от университета в Кеймбридж.

През последните няколко години Musser и колегите му от университета в Шефилд изследваха метод за създаване на поляритони чрез малки сандвич структури от огледала, наречени микрокухини, които улавят светлината и я принуждават да взаимодейства с екситони – подвижни снопове енергия, които се състоят от свързана двойка електрон-дупка.

По-рано те показаха как микрокухините могат да спасят органичните полупроводници от “тъмни състояния”, в които те не излъчват светлина, с последици за подобрени органични светодиоди.

За новия проект екипът използва серия от лазерни импулси, които функционират като ултрабърза видеокамера, за да измерват в реално време как енергията се движи в структурите на микрокухината. Но отборът попадна на собствена скорост. Поляритоните са толкова сложни, че дори интерпретирането на такива измервания може да бъде труден процес.

“Това, което открихме, беше напълно неочаквано. Стояхме върху данните в продължение на добри две години и мислехме какво означава всичко това”, каза Мюсер, старши автор на вестника.

В крайна сметка изследователите разбраха, че чрез включване на повече огледала и увеличаване на отразяващата способност в резонатора с микрокухина, те са в състояние на практика да турбозареждат поляритоните.

„Начинът, по който променяхме скоростта на движение на тези частици, все още е безпрецедентен в литературата“, каза той. „Но сега не само потвърдихме, че поставянето на материали в тези структури може да накара държавите да се движат много по-бързо и много по-далеч, но имаме лост, за да контролираме действително колко бързо се движат. Това ни дава много ясна пътна карта как да опитаме да ги подобри.”

В типичните органични материали елементарните възбуждения се движат от порядъка на 10 нанометра в наносекунда, което е приблизително еквивалентно на скоростта на световния шампион спринтьор Юсейн Болт, според Мюсер.

Това може да е бързо за хората, отбеляза той, но всъщност е доста бавен процес в наномащаба.

Подходът с микрокухина, за разлика от това, изстрелва поляритони стотици хиляди пъти по-бързо – скорост от порядъка на 1% от скоростта на светлината. Докато транспортът е краткотраен – вместо да отнема по-малко от наносекунда, той е по-малко от пикосекунда или около 1000 пъти по-кратък – поляритоните се движат 50 пъти по-далеч.

„Абсолютната скорост не е непременно важна“, каза Мусер. „Това, което е по-полезно, е разстоянието. Така че, ако те могат да пътуват стотици нанометри, когато миниатюризирате устройството — да речем, с терминали, които са на разстояние 10 нанометра един от друг — това означава, че те ще преминат от A до B с нулеви загуби. И наистина за това става дума.”

Това довежда физици, химици и учени по материали все по-близо до целта си да създадат нови, ефективни структури на устройства и електроника от следващо поколение, които не са блокирани от прегряване.

„Много технологии, които използват екситони, а не електрони, работят само при криогенни температури“, каза Мусер. „Но с органичните полупроводници можете да започнете да постигате много интересна, вълнуваща функционалност при стайна температура. Така че същите тези явления могат да се захранват с нови видове лазери, квантови симулатори или компютри, дори. Има много приложения за тези поляритон частици, ако можем да ги разберем по-добре.”


Силно свързване светлина-материя в органични кристали


Повече информация:
Raj Pandya et al, Настройка на кохерентното разпространение на органични екситон-поларитони чрез делокализация на тъмното състояние, Разширена наука (2022 г.). DOI: 10.1002 / advs.202105569

Предоставена от
Университет Корнел


Цитат: Светлинните частици изминават разстоянието в органичните полупроводници (2022 г., 29 април), извлечено на 5 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-04-light-infused-particles-distance-semiconductors.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.