Минијатурни уређај даје моћан ласер на собној температури, смањује потрошњу енергије за 7 пута

Недавно су истраживачи америчког Политехничког института Ренсселаер (Ренсселаер Политецхниц Институте) измислили микро-уређај тањи од људске косе, који може помоћи научницима да истраже природу свјетлости и материје и разоткрију мистерије квантног поља. Најважнија предност ове технологије је што може да ради на собној температури и не захтева сложену инфраструктуру.
Истраживачи су рекли: "Избор материјала је најважнији, а ми смо први који су изабрали ексцитонски материјал ЦсПбЦл3 за ову примену." ЦсПбЦл3 је халкогенидни материјал који су истраживачи користили за стварање фотонских тополошких изолатора (ПТИ).
Док нам је класична физика помогла да разумемо свет, технолошки напредак много дугује квантној механици. Од диода које емитују светлост (ЛЕД) до ласера, транзистора, па чак и електронских микроскопа, разумевање квантне механике је довело до великих скокова у савременој технологији.
Међутим, још увек има много непознаница у квантном царству које чекају да буду истражене. Истраживачи широм света користе најсавременију опрему за проучавање понашања атомских честица како би унапредили њихово разумевање. Веи Бао, доцент на РПИ-јевом одељењу за науку о материјалима и инжењерство, и његов тим су кренули јединственим путем.
Шта је фотонски тополошки изолатор?
ПТИ је материјал који усмерава фотоне светлости на посебно дизајниране интерфејсе унутар материјала, истовремено спречавајући да се светлост расипа кроз њега. Ово својство омогућава да више фотона унутар материјала остане кохерентно и покаже понашање једног фотона.
Користећи ово својство материјала, истраживачи РПИ-а претворили су изолатор у симулирани материјал како би створили минијатурну лабораторију за проучавање квантних својстава фотона.
Током производње уређаја, истраживачи су користили технике сличне онима које се користе у производњи микрочипова. Слагали су различите материјале слој по слој, са сваким молекулом пажљиво распоређеним да граде структуре са специфичним својствима.
Прво, тим је користио цезијум, олово и хлор да створи ултра-танке плоче халкогенида. Затим су урезали специфичне шаре у полимер. Кристална плоча и полимер су затим у сендвичу између танких листова различитих оксидних материјала, што је резултирало малим уређајем дебљине око 2 микрона, дужине 100 микрона и мањег од пречника просечне људске косе.
Како уређај ради?
Када је тим користио ласер на уређају, на интерфејсу материјала појавио се образац светлећих троуглова. Овај образац произилази из тополошких својстава ласера ​​и диктиран је дизајном уређаја.
Значајна предност уређаја је његова способност да ради на собној температури. ЦсПбЦл3 има стабилну енергију везивања екситона до ~64 меВ, знатно изнад термичке флуктуације од 25,8 меВ на собној температури.
У прошлости су истраживачи могли само да суперхладе материју у вакууму, што захтева гломазну и скупу опрему", наводи тим у саопштењу. Али многе лабораторије нису опремљене за то. Стога ће наш уређај омогућити већем броју истраживача да спроведу основна истраживања физике. у лабораторији."
Поред тога, уређај ће помоћи у развоју ласера ​​који захтевају мање енергије за рад. Праг наших јако повезаних тополошки поларизованих ласера ​​на собној температури (15,2 μЈ цм-2) је много нижи од прага слабо спрегнутог система ИИИ-В ИнГаАс ниске температуре (~106 μЈ цм-2) , што је за фактор седам ниже.