На протяжении многих лет ученые со всего мира занимаются двумя вещами — изобретают и совершенствуют. И порой неясно, что из этого сложнее. Взять, к примеру, обыкновенные светодиоды, которые кажутся нам столь простыми и обыденными, что мы и не обращаем на них внимание. Но если в них добавить немного экситонов, щепотку поляритонов и дисульфид вольфрама по вкусу, светодиоды уже не будут столь прозаичны.

Все эти заумные термины являются названиями крайне необычных компонентов, совокупность которых позволила ученым из Городского колледжа Нью-Йорка создать новую систему, способную крайне быстро передавать информацию с помощью света. Данная разработка поможет усовершенствовать технологию Li-Fi. Какие именно ингредиенты новой технологии были использованы, каков рецепт этого «блюда» и какова эффективность работы нового экситон-поляритонного светодиода? Об этом нам поведает доклад ученых.

Основа исследования

Если все упростить до одного слова, то данная технология это свет и все, что с ним связано. Во-первых, поляритоны, которые возникают при взаимодействии фотонов с возбуждениями среды (фононами, экситонами, плазмонами, магнонами и т.д.). Во-вторых, экситоны — электронное возбуждение в диэлектрике, полупроводнике или металле, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы.

Важно отметить, что эти квазичастицы очень любят холод, т.е. наблюдать их активность можно лишь при крайне низких температурах, что сильно ограничивает практическое применение. Но это было раньше. В данном труде ученые смогли преодолеть температурное ограничение и использовать их при комнатных температурах.

Основной особенностью поляритонов является возможность связывать фотоны между собой. Фотоны, сталкивающиеся с атомами рубидия, приобретают массу. В процессе многократных столкновений фотоны отскакивают друг от друга, но в редких случаях формируют пары и триплеты, при этом теряя атомную составляющую, представленную атомом рубидия.

Но, чтобы сделать что-то со светом, его нужно поймать. Для этого и нужен оптический резонатор, который представляет собой совокупность отражающих элементов, формирующих стоячую световую волну.

В данном исследовании важнейшую роль играют еще более необычные квазичастицы — экситон-поляритоны, которые формируются благодаря сильной связи экситонов и фотонов, пойманных в оптический резонатор.

Однако этого мало, ибо необходима материальная основа, так сказать. И кто как не дихалькогенид переходных металлов (ДПМ) лучше других сыграет эту роль. Если точнее, то в качестве излучающего материала был использован монослой WS₂ (дисульфида вольфрама), который обладает внушительными энергиями связи экситонов, что и стало одним из основных критериев для выбора материальной основы.

Совокупность всех вышеописанных элементов позволила создать электрически управляемый поляритонный светодиод, работающий при комнатной температуре.