Открыт новый способ управления энергией с помощью света и атомов
Ученые из Университета Райса впервые продемонстрировали, что атомы в тонких пленках перовскита галогенида свинца могут взаимодействовать со светом особым образом. Фононы — крошечные колебания кристаллической решетки — вступают в связь с фотонами, формируя новые гибридные состояния вещества. Этот эффект открывает возможности для более точного управления потоком энергии в оптоэлектронных устройствах, таких как светодиоды и солнечные панели. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Нанощели и сверхсильная связь
Секрет кроется в крошечных щелях из золота, каждая едва ли не в тысячу раз тоньше пищевой пленки. Они ловят свет и подгоняют его частоту под вибрации перовскита, создавая режим, который физики называют «сверхсильной связью». Дасом Ким, выпускник Университета Райса и первый автор работы, объясняет:
«Это первый случай при комнатной температуре, когда два фонона реально "цепляются" к одному терагерцовому резонансу».
Команда экспериментировала с семью длинами щелей, чтобы подстроить свет под нужные колебания. Длинные ловили низкие частоты, короткие — высокие. В результате появился целый ансамбль фонон-поляритонов — странных гибридов света и вибраций.
«Мы добились порядка 30% коэффициента связи, и это при обычной комнатной температуре, без лазеров и гигантских кристаллов», — добавляет Ким.
Управление энергией без грубой силы
Раньше такие эксперименты требовали экстремальных условий или массивных лазеров, теперь же все делается деликатно и без лишнего шума. Дзюнъитиро Коно из Института Смолли-Керла подчеркивает:
«Мы можем мягко, щадяще управлять процессами, которые реально влияют на сбор света и его излучение».
Иными словами, энергия теперь может течь в нужное русло прямо на микроскопическом уровне.
Применение на практике
Новые фонон-поляритоны важны для новых технологий. Контроль над световыми потоками и вибрациями позволит улучшить эффективность солнечных панелей, снизить потери в светодиодах и, в перспективе, создать гибкие, высокоэффективные оптоэлектронные системы.
Команда проверила результаты теоретически и через моделирование. Все сходится: две фононные моды действительно попадают в режим сверхсильной связи, а значит, их поведение предсказуемо и управляемо.
Самое важное в этом открытии, что оно работает в реальных условиях. Никаких криогенных камер, никаких лазерных вспышек — просто нанощели, качественный перовскит и точная настройка. Ученые уже отмечают, что новые способы помогут «направлять» энергию по тем местам, которые раньше оставались скрытыми. Это не только шаг вперед для материаловедения, но и потенциально прорыв для всех устройств, где свет и энергия играют главную роль.
Сейчас в оптоэлектронике (солнечные панели, светодиоды, датчики) энергия распространяется по материалу почти «как ей вздумается». Контролировать, куда и как быстро движется энергия, крайне сложно. С помощью фонон–поляритонов можно направлять энергию точечно и более эффективно, снижая потери.
«Теперь можно экспериментировать с квантовыми взаимодействиями прямо в устройствах, без громоздких лабораторных установок. Мягкий контроль над фононами открывает двери, о которых раньше мы и мечтать не смели», — заключает Коно
