Una perovskita comúnmente estudiada puede superfluorescencia a temperaturas que son prácticas de lograr y en escalas de tiempo lo suficientemente largas como para que sea potencialmente útil en aplicaciones de computación cuántica. El hallazgo de los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte también indica que la superfluorescencia puede ser una característica común para todo esteclase de materiales.
La superfluorescencia es un ejemplo de transición de fase cuántica, cuando los átomos individuales dentro de un material se mueven todos a través de las mismas fases en tándem, convirtiéndose en una unidad sincronizada.
Por ejemplo, cuando los átomos de un material óptico como una perovskita se excitan, pueden irradiar luz individualmente, crear energía y emitir fluorescencia. Cada átomo comenzará a moverse a través de estas fases de forma aleatoria, pero si se dan las condiciones adecuadas, se pueden sincronizar en unatransición de fase cuántica macroscópica. Esa unidad sincronizada puede interactuar con campos eléctricos externos con más fuerza que cualquier átomo, creando una explosión superfluorescente.
"Los casos de sincronización espontánea son universales, ocurren en todo, desde las órbitas planetarias hasta las luciérnagas que sincronizan sus señales", dice Kenan Gundogdu, profesor de física en NC State y autor correspondiente de la investigación. "Pero en el caso de materiales sólidos, estosSe pensaba que las transiciones de fase solo ocurrían a temperaturas extremadamente bajas. Esto se debe a que los átomos se mueven fuera de fase demasiado rápido para que ocurra la sincronización a menos que el tiempo se ralentice por el enfriamiento ".
Gundogdu y su equipo observaron superfluorescencia en el yoduro de plomo de metil amonio de perovskita, o MAPbI3, mientras exploraban sus propiedades láser. Las perovskitas son materiales con una estructura cristalina y propiedades de emisión de luz útiles para crear láseres, entre otras aplicaciones. Son económicos,relativamente simples de fabricar y se utilizan en energía fotovoltaica, fuentes de luz y escáneres.
"Al tratar de averiguar la dinámica detrás de las propiedades de láser de MAPbI3, notamos que la dinámica que observamos no se podía describir simplemente por el comportamiento del láser", dice Gundogdu. "Normalmente, en el láser, una partícula excitada emitirá luz y estimulará a otra., y así sucesivamente en una amplificación geométrica. Pero con este material vimos sincronización y una transición de fase cuántica, lo que resultó en superfluorescencia ".
Pero los aspectos más llamativos de la superfluorescencia fueron que ocurrió a 78 Kelvin y tuvo una vida útil de fase de 10 a 30 picosegundos.
"Generalmente, la superfluorescencia ocurre a temperaturas extremadamente frías que son difíciles y costosas de lograr, y solo dura femtosegundos", dice Gundogdu. "Pero 78 K es aproximadamente la temperatura del hielo seco o nitrógeno líquido, y la vida útil de la fase es de dosa tres órdenes de magnitud más. Esto significa que tenemos unidades macroscópicas que duran lo suficiente para ser manipuladas ".
Los investigadores creen que esta propiedad puede estar más extendida en las perovskitas en general, lo que podría resultar útil en aplicaciones cuánticas como el procesamiento o almacenamiento informático.
"La observación de superfluorescencia en materiales en estado sólido es siempre un gran problema porque solo la hemos visto en cinco o seis materiales hasta ahora", dice Gundogdu. "Ser capaz de observarla a temperaturas más altas y escalas de tiempo más largas abre la puerta amuchas posibilidades emocionantes ".
La obra aparece en Fotónica de la naturaleza y cuenta con el apoyo de la National Science Foundation subvención 1729383. Los estudiantes graduados del estado de Carolina del Norte, Gamze Findik y Melike Biliroglu, son los primeros coautores. Franky So, Walter e Ida Freeman, profesora distinguida de ciencia e ingeniería de materiales, es coautora.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Original escrito por Tracey Peake. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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