تناظر PT الاستقطاب Exciton: يؤدي الاقتران المباشر بين أوضاع polariton لأعلى ولأسفل في تجويف دقيق متماثل ستة أضعاف مع معالجة الخسارة إلى كسر تناظر PT مع انتقال طور منخفض العتبة. الائتمان: KAIST
يستطيع الليزر الجديد الذي يولد جسيمات كمية إعادة تدوير الطاقة المفقودة لتطبيقات ليزر ذات عتبة منخفضة وذات كفاءة عالية.
ابتكر العلماء في KAIST نظام ليزر يولد جزيئات كمية عالية التفاعل في درجة حرارة الغرفة. النتائج التي توصلوا إليها ، نشرت في المجلة طبيعة الضوئيات، يمكن أن يؤدي إلى نظام ليزر واحد ذو فجوة دقيقة يتطلب طاقة عتبة أقل مع زيادة فقد الطاقة.
يشتمل النظام ، الذي طوره الفيزيائي KAIST Yong-Hoon Cho وزملاؤه ، على تسليط الضوء من خلال تجويف دقيق واحد سداسي الشكل معالج بركيزة نيتريد السيليكون المعدلة بالفاقد. يؤدي تصميم النظام إلى توليد ليزر بولاريتون في درجة حرارة الغرفة ، وهو أمر مثير لأن هذا يتطلب عادةً درجات حرارة شديدة البرودة.
وجد الباحثون ميزة أخرى فريدة وغير بديهية لهذا التصميم. عادة ، يتم فقدان الطاقة أثناء عملية الليزر. ولكن في هذا النظام ، مع زيادة فقد الطاقة ، انخفضت كمية الطاقة اللازمة للحث على الليزر. قد يؤدي استغلال هذه الظاهرة إلى تطوير ليزر عالي الكفاءة ومنخفض العتبة للأجهزة البصرية الكمومية في المستقبل.
يوضح البروفيسور تشو: "يطبق هذا النظام مفهومًا في فيزياء الكم يُعرف باسم التناظر الانعكاسي للتكافؤ الزمني". "هذه منصة مهمة تسمح باستخدام فقدان الطاقة كمكاسب. يمكن استخدامه لتقليل طاقة عتبة الليزر للأجهزة وأجهزة الاستشعار البصرية الكلاسيكية ، وكذلك الأجهزة الكمومية والتحكم في اتجاه الضوء. "
المفتاح هو التصميم والمواد. يقسم التجويف الصغير السداسي جسيمات الضوء إلى وضعين مختلفين: أحدهما يمر عبر المثلث السداسي المواجه لأعلى والآخر يمر عبر المثلث المتجه لأسفل. كلا وضعي جسيمات الضوء لهما نفس الطاقة والمسار ولكنهما لا يتفاعلان مع بعضهما البعض.
ومع ذلك ، تتفاعل جسيمات الضوء مع جسيمات أخرى تسمى الإكسيتونات ، والتي يتم توفيرها من خلال التجويف الدقيق السداسي ، والذي يتكون من أشباه الموصلات. يؤدي هذا التفاعل إلى توليد جسيمات كمومية جديدة تسمى بولاريتون والتي تتفاعل فيما بعد مع بعضها البعض لتوليد ليزر بولاريتون. من خلال التحكم في درجة الفقد بين التجويف الصغير وركيزة أشباه الموصلات ، تنشأ ظاهرة مثيرة للاهتمام ، حيث تصبح طاقة العتبة أصغر مع زيادة فقدان الطاقة.
المرجع: "نظام بولاريتونى غير هرميتى بدرجة حرارة الغرفة مع فجوة دقيقة واحدة" بقلم هيون جيو سونج ومينهو تشوى وكي يونج وو وتشونج هيون بارك ويونج هون تشو ، 10 يونيو 2021 ، طبيعة الضوئيات.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00820-Z
تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة Samsung للعلوم والتكنولوجيا ومؤسسة الأبحاث الوطنية الكورية.
