Forschungsteam übt bei Raumtemperatur elektrische Kontrolle über Polaritonen aus, hybride Teilchen aus Licht und Materie

Ein Forschungsteam hat eine innovative ultrahochauflösende Spektroskopietechnik entwickelt. Ihr Durchbruch ist das weltweit erste Beispiel für die elektrische Steuerung von Polaritonen – Hybridteilchen aus Licht und Materie – bei Raumtemperatur. Die Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung.

Polaritonen sind „halb Licht, halb Materie“-Hybridteilchen, die sowohl die Eigenschaften von Photonen (Lichtteilchen) als auch die von fester Materie besitzen. Ihre einzigartigen Eigenschaften weisen Eigenschaften auf, die sich von denen herkömmlicher Photonen und fester Materie unterscheiden, und eröffnen das Potenzial für Materialien der nächsten Generation, einschließlich der Überschreitung der Leistungsgrenzen optischer Displays.

Bislang behinderte die Unfähigkeit, Polaritonen bei Raumtemperatur auf Einzelpartikelebene elektrisch zu steuern, ihre kommerzielle Durchführbarkeit.

Das Forschungsteam entwickelte eine neue Methode namens „elektrische Feldspitzen-verstärkte starke Kopplungsspektroskopie“, die elektrisch gesteuerte Spektroskopie mit ultrahoher Auflösung ermöglicht. Diese neue Technik ermöglicht die aktive Manipulation einzelner Polaritonenteilchen bei Raumtemperatur.

Diese Technik führt einen neuen Messansatz ein, der die zuvor vom Team von Professor Kyoung-Duck Park erfundene hochauflösende Mikroskopie mit ultrapräziser elektrischer Steuerung kombiniert. Das resultierende Instrument ermöglicht nicht nur die stabile Erzeugung von Polariton in einem besonderen physikalischen Zustand, der als starke Kopplung bei Raumtemperatur bezeichnet wird, sondern ermöglicht auch die Manipulation der Farbe und Helligkeit des von Polariton-Partikeln emittierten Lichts mithilfe eines elektrischen Feldes.

Die Verwendung von Polaritonpartikeln anstelle von Quantenpunkten, Schlüsselmaterialien in QLED-Fernsehern, bietet einen bemerkenswerten Vorteil. Ein einzelnes Polaritonteilchen kann Licht aller Farben mit deutlich erhöhter Helligkeit aussenden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, drei verschiedene Arten von Quantenpunkten zu benötigen, um rotes, grünes und blaues Licht getrennt zu erzeugen.

Darüber hinaus lässt sich diese Eigenschaft wie bei herkömmlicher Elektronik auch elektrisch steuern. Im Hinblick auf die akademische Bedeutung gelang es dem Team, den quantenbeschränkten Stark-Effekt im Bereich der starken Kopplung erfolgreich zu etablieren und experimentell zu validieren und damit Licht auf ein seit langem bestehendes Rätsel in der Polariton-Partikelforschung zu werfen.

Die Leistung des Teams ist von großer Bedeutung, da sie einen wissenschaftlichen Durchbruch darstellt und den Weg für die nächste Generation der Forschung ebnet, die auf die Entwicklung verschiedener optoelektronischer Geräte und optischer Komponenten auf Basis der Polariton-Technologie abzielt. Dieser Durchbruch dürfte einen wesentlichen Beitrag zum industriellen Fortschritt leisten, einschließlich der Bereitstellung wichtiger Quelltechnologie für die Entwicklung revolutionärer Produkte in der optischen Display-Industrie, einschließlich ultraheller und kompakter Outdoor-Displays.

Hyeongwoo Lee, der Hauptautor des Papiers, betonte die Bedeutung der Forschung und sagte, sie stelle „eine wichtige Entdeckung dar, die das Potenzial hat, viele Bereiche voranzutreiben, darunter optische Sensoren der nächsten Generation, optische Kommunikation und quantenphotonische Geräte.“

Für die Forschung wurden Quantenpunkte verwendet, die vom Team von Professor Sohee Jeong und dem von Professor Jaehoon Lim an der Sungkyunkwan-Universität hergestellt wurden. Das theoretische Modell wurde von Professor Alexander Efros vom Naval Research Laboratory entwickelt, während die Datenanalyse von den Teams von Professor Markus Raschke von der University of Colorado und dem von Professor Matthew Pelton von der University of Maryland durchgeführt wurde.

Yeonjeong Koo, Jinhyuk Bae, Mingu Kang, Taeyoung Moon und Huitae Joo von der Physikabteilung von POSTECH führten die Messarbeiten durch.