Crédit :Université d'État de Caroline du Nord
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 explore 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 à l'unisson ou le clignotement synchronisé 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 - cela 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 cohérent qui agit comme une particule quantique géante.
La superfluorescence est une transition de phase quantique macroscopique dans laquelle une population de minuscules unités émettrices de lumière appelées dipôles forment un dipôle quantique géant et émettent simultanément une rafale de photons. Semblable à la supraconductivité et à la superfluidité, la superfluorescence nécessite normalement d'observer des 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, avait observé une superfluorescence à température ambiante dans des pérovskites hybrides.
"Nos premières observations ont indiqué que quelque chose protégeait ces atomes des perturbations thermiques à des températures plus élevées", déclare 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 qui oscillent collectivement. Lorsqu'un électron se lie à ces atomes oscillants, un polaron se forme.
"Notre analyse a montré que la formation de grands polarons crée un mécanisme de filtre de bruit vibratoire thermique que nous appelons" Analogue quantique de l'isolation des vibrations "ou QAVI", déclare 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 présenter une superfluorescence." Il en va de même pour le co-auteur de la recherche.
Selon les chercheurs, QAVI est une propriété intrinsèque qui existe 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 casse-tête physique majeur, mais cela peut également nous aider à identifier, sélectionner et également adapter des matériaux dotés de propriétés permettant une cohérence quantique étendue et des transitions de phase quantiques macroscopiques", déclare Gundogdu.
La recherche apparaît dans Nature Photonics . La pérovskite commune est superfluorescente à haute température
