Les pérovskites semi-conductrices qui présentent une superfluorescence à température ambiante le font grâce à des « amortisseurs » thermiques intégrés qui protègent les dipôles à l’intérieur du matériau des interférences thermiques. Une nouvelle étude de la North Carolina State University examine le mécanisme impliqué dans cette transition de phase quantique macroscopique et explique comment et pourquoi des matériaux comme les pérovskites présentent une cohérence quantique macroscopique à des températures élevées.
Imaginez un banc de poissons nageant ensemble ou le clignotement synchrone des lucioles, exemples de comportement collectif dans la nature. Lorsqu’un comportement collectif similaire se produit dans le monde quantique – un phénomène connu sous le nom de transition de phase quantique macroscopique – il conduit à des processus exotiques tels que la supraconductivité, la superfluidité ou la superfluorescence. Dans tous ces processus, un groupe de particules quantiques forme un système macroscopiquement connecté qui agit comme une particule quantique géante.
La superfluorescence est une transition de phase quantique macroscopique dans laquelle une population de minuscules unités électroluminescentes appelées dipôles forme un dipôle quantique géant tout en émettant simultanément une rafale de photons. Semblable à la supraconductivité et à la superfluidité, la superfluorescence nécessite généralement le maintien de températures cryogéniques car les dipôles se déphasent trop rapidement pour former un état collectivement cohérent.
Récemment, une équipe dirigée par Kenan Gundogdu, professeur de physique à NC State et auteur correspondant d’un article décrivant les travaux, a observé une superfluorescence à température ambiante dans des pérovskites hybrides.
« Nos observations initiales ont indiqué que quelque chose protégeait ces atomes des perturbations thermiques à des températures plus élevées », explique Gundogdu.
L’équipe a analysé la structure et les propriétés optiques d’une pérovskite hybride plomb-halogénure commune. Ils ont remarqué la formation de polarons dans ces matériaux – des quasi-particules constituées d’un mouvement de réseau lié et d’électrons. Le mouvement du réseau fait référence à un groupe d’atomes vibrant ensemble. Lorsqu’un électron se lie à ces atomes vibrants, un polaron se forme.
« Notre analyse a montré que la formation de grands polarons crée un mécanisme de filtrage du bruit des vibrations thermiques que nous appelons » Quantum Analog of Vibration Isolation « ou QAVI », explique Gundogdu.
Selon Franky So, Walter et Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering à NC State, « En termes simples, QAVI est un amortisseur. Une fois que les dipôles sont protégés par les amortisseurs, ils peuvent se synchroniser et afficher une superfluorescence. » So a co-écrit la recherche.
Selon les chercheurs, le QAVI est une propriété intrinsèque présente dans certains matériaux comme les pérovskites hybrides. Cependant, comprendre le fonctionnement de ce mécanisme pourrait conduire à des dispositifs quantiques qui pourraient fonctionner à température ambiante.
« Comprendre ce mécanisme résout non seulement un mystère physique majeur, mais peut également nous aider à identifier, sélectionner et personnaliser des matériaux dotés de propriétés permettant une cohérence quantique étendue et des transitions de phase quantiques macroscopiques », déclare Gundogdu.
La recherche apparaît dans photonique nature et est soutenu par la National Science Foundation (Grant 1729383) et le Research and Innovation Seed Funding de NC State. Les étudiants diplômés de NC State Melike Biliroglu et Gamze Findik sont co-premiers auteurs.
sources de l’histoire :
Matériel fourni par Université d’État de Caroline du Nord. Écrit à l’origine par Tracey Peake. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.