Emission de lumière cohérente de polaritons unidimensionnels dans la nanocavité à puits quantique. Au-dessus du seuil laser, la figure d'interférence, qui est associé aux modes de cavité de Fabry-Pérot le long du grand axe de la nanotige (encadré de gauche), Est observé. Les puits quantiques radiaux intégrés sur la paroi latérale de la nanotige (encart à droite) offrent la stabilité thermique et la force d'oscillateur améliorées des excitons pour obtenir le laser polariton à température ambiante. Crédit :DGIST
Un nano-laser à polaritons à température ambiante a été démontré, ainsi que plusieurs résultats de recherche connexes, concernant des sujets tels que la physique des polaritons à l'échelle nanométrique et également des applications dans les systèmes d'information quantique. La recherche a été publiée dans la revue, Avancées scientifiques .
La DGIST a annoncé le 8 mai qu'un nano-laser à polaritons fonctionnant à température ambiante avait été développé par l'équipe du professeur Chang-Hee Cho du Département des sciences des matériaux émergents, en collaboration avec le professeur Seong-Ju Park au GIST et le professeur Ritesh Agarwal à l'Université de Pennsylvanie. Lorsqu'une excitation de matériau en créant des états coulombiens de paires électron-trou (excitons) interagit fortement avec des photons, un état quantique macroscopique d'excitons-polaritons est formé, qui reçoit les propriétés à la fois de la lumière et de la matière, résultant en des sources lumineuses cohérentes très économes en énergie, appelés « lasers à polaritons ». Le laser à polaritons attire beaucoup l'attention en tant que technologie laser de nouvelle génération, car il peut fonctionner à très faible puissance. Cependant, son développement a été limité en raison des difficultés de contrôle de la stabilité thermique des excitons, en particulier dans les dispositifs nanométriques.
Pour surmonter de telles limitations, l'équipe de recherche a utilisé un «puits quantique, ' qui est un espace dans lequel les électrons tombent facilement. Le chercheur Dr. Jang-Won Kang au DGIST a produit un puits quantique sur la paroi latérale d'un semi-conducteur à nanostructure et a réussi à maintenir des excitons thermiquement stables même à température ambiante, sinon, ils ne sont stables qu'à très basse température.
Par ailleurs, la structure du puits quantique a contribué à la formation d'états exciton-polariton plus efficaces et plus stables qu'auparavant en renforçant le couplage de l'exciton et de la lumière à l'intérieur du semi-conducteur nanostructuré. Cela a créé une base solide pour l'équipe du professeur Chang-Hee Cho pour développer des nano-lasers à polaritons, qui sont stables à température ambiante et fonctionnent à seulement 1/10ème de puissance des nano-lasers existants.
Le professeur Cho a déclaré que « puisque le nouveau semi-conducteur à nanostructure peut augmenter les propriétés des excitons et donc des excitons-polaritons, nous avons pu développer les nano-lasers à polaritons pouvant fonctionner à température ambiante grâce à cette technologie. Surtout, nous sommes très heureux car nous pouvons maintenant contribuer à la construction d'une plateforme pour étudier les phénomènes physiques liés aux excitons-polaritons à température ambiante."
