Super verbreiteter Perowskit bei hohen Temperaturen

Der häufig untersuchte Perowskit kann bei praktischen Temperaturen fluoreszieren, um dies zu erreichen, und in Zeitskalen, die lang genug sind, um ihn für Quantencomputeranwendungen nützlich zu machen. Die Ergebnisse der Forscher der North Carolina State University deuten auch darauf hin, dass Superfluoreszenz ein gemeinsames Merkmal dieser gesamten Materialklasse sein könnte.

Superlumineszenz ist ein Beispiel für einen Quantenphasenübergang – wenn einzelne Atome Innerhalb der Materie durchlaufen alle nebeneinander die gleichen Phasen und werden zu einer synchronen Einheit.

Wenn beispielsweise Atome in einem optischen Material wie Perowskit angeregt werden, können sie individuelles Licht ausstrahlen, Energie erzeugen und fluoreszieren. Jedes Atom beginnt sich zufällig durch diese Phasen zu bewegen, aber unter den richtigen Bedingungen können sie in einem mikroskopischen Quantenphasenübergang zusammenfallen. Diese Synchroneinheit kann stärker als alle anderen mit externen elektrischen Feldern interagieren ein Atom Es kann eine super funkelnde Explosion erzeugen.

„Zustände spontaner Synchronisation sind universell und treten in allem auf, von den Umlaufbahnen von Planeten bis hin zu Glühwürmchen, deren Signale sich synchronisieren“, sagt Kenan Gundogo, Physikprofessor an der NC State und korrespondierender Autor der Forschung. „Aber bei Feststoffen ist dies Phasenübergänge Es wurde angenommen, dass es nur bei extrem niedrigen Temperaturen auftritt. Dies liegt daran, dass sich die Atome zu schnell aus der Phase bewegen, als dass eine Synchronisation stattfinden könnte, es sei denn, das Timing wird durch Abkühlung verlangsamt.“

Hinweis Gondogodo und sein Teamفريق Super hell in Methylammoniumbleijodid oder MAPbI3, während die Lasereigenschaften untersucht wurden. Perowskite sind Materialien mit Kristallstruktur und Lichtemissionseigenschaften, die unter anderem bei der Herstellung von Lasern nützlich sind. Sie sind kostengünstig und relativ einfach herzustellen und werden in der Photovoltaik, Lichtquellen und Scannern verwendet.

„Als wir versuchten, die Dynamik hinter den Lasereigenschaften von MAPbI3 zu entdecken, stellten wir fest, dass die von uns beobachtete Dynamik nicht einfach durch das Verhalten des Lasers beschrieben werden konnte“, sagt Gundogdu. „Normalerweise emittiert ein angeregtes Teilchen in einem Laser Licht, stimuliert ein anderes usw. in geometrischer Verstärkung. Aber bei diesem Material sahen wir Synchronisation und einen Quantenphasenübergang, der zu Superlumineszenz führte.“

Die auffälligsten Aspekte der Superfluoreszenz sind jedoch, dass sie bei 78 K auftrat und eine Phasenlebensdauer von 10 bis 30 Pikosekunden hat.

„Superfluor kommt ganz allgemein vor kalte Temperaturen Die sind schwer und teuer zu erreichen und dauern nur eine Femtosekunde“, sagt Gundogodo. Aber 78 K entspricht etwa der Temperatur von Trockeneis oder flüssigem Stickstoff, und die Phasenlebensdauer ist zwei- bis dreimal länger. Das bedeutet, dass wir Makros haben, die lange genug halten, um manipuliert zu werden.“

Die Forscher glauben, dass diese Eigenschaft bei Perowskiten im Allgemeinen stärker verbreitet sein könnte, was in Quantenanwendungen wie der Computerverarbeitung oder -speicherung nützlich sein könnte.

„Die Beobachtung der Superfluoreszenz in Festkörpern ist immer wichtig, weil wir sie bisher nur in fünf oder sechs Materialien gesehen haben“, sagt Gündoğdu. „Die Möglichkeit, ihn bei höheren Temperaturen und längeren Zeitskalen zu beobachten, öffnet die Tür zu vielen aufregenden Möglichkeiten.“

Arbeit erscheint in Naturphotonik Es wird von der National Science Foundation (Grant 1729383) unterstützt. Die Absolventen des NC State Gamze Findik und Melike Biliroglu sind die Co-Erstautoren. Frankie Sue, Walter und Ida Freeman Distinguished Professor of Materials Science and Engineering und Co-Autor.