Kuantum ‘amortisörler’, perovskite’nin oda sıcaklığında süperfloresans sergilemesine izin verir
Birlikte yüzen bir balık sürüsünü veya ateşböceklerinin senkronize bir şekilde yanıp sönmesini hayal edin – doğadaki toplu davranış örnekleri. Kuantum dünyasında benzer toplu davranışlar meydana geldiğinde, süperiletkenlik, süperakışkanlık ve süperfloresans gibi süreçlere yol açar. Tüm bu süreçlerde, bir grup kuantum parçacığı, dev bir kuantum parçacığı gibi davranan tutarlı bir sistem oluşturur.
Süperfloresans normalde çok düşük sıcaklıklar gerektirir. Oda sıcaklığında süperfloresans sergileyen yarı iletken perovskitler bunu, malzemeyi koruyan yerleşik termal “amortisörler” nedeniyle yapar. dan yeni bir çalışma Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesi bu mekanizmayı araştırıyor ve perovskitler gibi malzemelerin oda sıcaklığında nasıl ve neden makroskopik kuantum tutarlılığı sergilediğini açıklıyor.
Araştırma görünür Doğa Fotoniği ve kısmen tarafından desteklenmektedir araştırma hibeler ABD Ulusal Bilim Vakfı’ndan.
Süperfloresans, dipoller olarak bilinen küçük ışık yayan birimlerin dev bir kuantum dipol oluşturduğu ve aynı anda bir foton patlaması yaydığı bir kuantum faz geçişidir. Süperiletkenlik ve süperakışkanlığa benzer şekilde, süperfloresans normalde kriyojenik sıcaklıklar gerektirir çünkü dipoller tutarlı bir durum oluşturmak için fazdan çok hızlı hareket eder.
Şimdi, NC State’de bir fizikçi ve makalenin ilgili yazarı olan Kenan Gündoğdu liderliğindeki bir ekip, hibrit perovskitlerde oda sıcaklığında süperfloresans gözlemledi.
Gündoğdu, “İlk gözlemlerimiz, bir şeyin bu atomları daha yüksek sıcaklıklarda termal bozulmalardan koruduğunu gösterdi” diyor.
Ekip, ortak bir kurşun halojenür hibrit perovskite’nin yapısını ve optik özelliklerini analiz etti. Araştırmacılar, bu malzemelerde polaronların – bağlı kafes hareketi ve elektronlardan oluşan yarı parçacıklar – oluşumunu fark ettiler. Kafes hareketi, topluca salınan bir grup atomu ifade eder. Bir elektron bu salınan atomlara bağlandığında, bir polaron oluşur.
Gündoğdu, “Analizimiz, büyük polaronların oluşumunun ‘Kuantum Analog of Vibration Isolation’ veya QAVI olarak adlandırdığımız bir termal titreşimli gürültü filtresi mekanizması oluşturduğunu gösterdi” diyor.
NC Eyaletinde bir malzeme bilimcisi ve mühendisi olan Franky So’ya göre, “Layman’ın deyimiyle, QAVI bir amortisördür. Dipoller amortisörler tarafından korunduktan sonra, senkronize olabilir ve süperfloresan sergileyebilirler.” Makalenin ortak yazarı da öyle.
Araştırmacılara göre QAVI, hibrit perovskitler gibi belirli malzemelerde bulunan içsel bir özelliktir. Bu mekanizmanın nasıl çalıştığını anlamak, oda sıcaklığında çalışan kuantum cihazlarına yol açabilir.
Gündoğdu, “Bu mekanizmayı anlamak yalnızca büyük bir fizik bilmecesini çözmekle kalmaz, aynı zamanda genişletilmiş kuantum tutarlılığı ve makroskopik kuantum faz geçişlerine izin veren özelliklere sahip malzemeleri belirlememize, seçmemize ve uyarlamamıza yardımcı olabilir” diyor.
Projenin ek bir çıktısı, ücretsiz olarak erişilebilen bir veri tabanıdır ve bu veri tabanı, Açık Kaynak Yazılım Dergisi. NSF, proje verilerini koleksiyonuna dahil etmek ve bu önemli veri tabanının uzun ömürlü olmasını sağlamak için endüstri ortağı Springer Materials ile işbirliği yapması için ekibe ek finansman sağladı.
Bir NSF program direktörü olan John Schlueter, “bu atılım, malzeme araştırmasının gerçekleştirilme biçiminde bir paradigma kaymasına olanak tanıyan ve hızla gerçek dünya uygulamalarına yol açan Materials Genome Initiative ile ilişkili ilkelerin uygulanmasıyla sağlandı” dedi.