Une pérovskite couramment étudiée peut superfluorcer à des températures qu'il est pratique d'atteindre et à des échelles de temps suffisamment longues pour la rendre potentiellement utile dans les applications d'informatique quantique. La découverte des chercheurs de la North Carolina State University indique également que la superfluorescence peut être une caractéristique commune à toute cette classe de matériaux.

La superfluorescence est un exemple de transition de phase quantique - lorsque les atomes individuels d'un matériau traversent tous les mêmes phases en tandem, devenir une unité synchronisée.

Par exemple, lorsque les atomes d'un matériau optique tel qu'une pérovskite sont excités, ils peuvent émettre de la lumière individuellement, créer de l'énergie, et fluorescent. Chaque atome commencera à traverser ces phases de manière aléatoire, mais dans les bonnes conditions, ils peuvent se synchroniser dans une transition de phase quantique macroscopique. Cette unité synchronisée peut alors interagir avec les champs électriques externes plus fortement que n'importe quel atome, créant un sursaut superfluorescent.

« Les cas de synchronisation spontanée sont universels, se produisant dans tout, des orbites planétaires aux lucioles synchronisant leurs signaux, " dit Kenan Gundogdu, professeur de physique à NC State et auteur correspondant de la recherche. "Mais dans le cas des matériaux solides, on pensait que ces transitions de phase ne se produisaient qu'à des températures extrêmement basses. C'est parce que les atomes se déphasent trop rapidement pour que la synchronisation se produise, à moins que le temps ne soit ralenti par le refroidissement. »

Gundogdu et son équipe ont observé une superfluorescence dans l'iodure de plomb pérovskite méthyl ammonium, ou MAPbI 3 , tout en explorant ses propriétés laser. Les pérovskites sont des matériaux avec une structure cristalline et des propriétés électroluminescentes utiles dans la création de lasers, entre autres applications. Ils sont bon marché, relativement simple à fabriquer, et sont utilisés dans le photovoltaïque, sources lumineuses et scanners.

"En essayant de comprendre la dynamique derrière MAPbI 3 propriétés laser, nous avons remarqué que la dynamique que nous avons observée ne pouvait pas être décrite simplement par un comportement laser, " Dit Gundogdu. "Normalement, une particule excitée émettra de la lumière, en stimuler un autre, et ainsi de suite dans une amplification géométrique. Mais avec ce matériau, nous avons vu une synchronisation et une transition de phase quantique, entraînant une superfluorescence."

Mais les aspects les plus frappants de la superfluorescence étaient qu'elle se produisait à 78 Kelvin et avait une durée de vie de phase de 10 à 30 picosecondes.

"Généralement, la superfluorescence se produit à des températures extrêmement froides qui sont difficiles et coûteuses à atteindre, et ça ne dure que quelques femtosecondes, " dit Gundogdu. " Mais 78 K est à peu près la température de la neige carbonique ou de l'azote liquide, et la durée de vie de la phase est plus longue de deux à trois ordres de grandeur. Cela signifie que nous avons des unités macroscopiques qui durent assez longtemps pour être manipulées."

Les chercheurs pensent que cette propriété peut être plus répandue dans les pérovskites en général, ce qui pourrait s'avérer utile dans des applications quantiques telles que le traitement informatique ou le stockage.

"L'observation de la superfluorescence dans les matériaux à l'état solide est toujours un gros problème car nous ne l'avons vue que dans cinq ou six matériaux jusqu'à présent, ", dit Gundogdu. "Être capable de l'observer à des températures plus élevées et à des échelles de temps plus longues ouvre la porte à de nombreuses possibilités passionnantes."

L'œuvre apparaît dans Photonique de la nature et est soutenu par la National Science Foundation (subvention 1729383). Les étudiants diplômés de l'État de Caroline du Nord, Gamze Findik et Melike Biliroglu, sont co-premiers auteurs. Franky Alors, Walter et Ida Freeman professeur émérite de science et d'ingénierie des matériaux, est co-auteur.