Cientistas da KAIST fabricaram um sistema de laser que gera partículas quânticas altamente interativas em temperatura ambiente. Suas descobertas, publicadas na revista Nature Photonics, podem levar a um único sistema de laser de microcavidade que requer um limite de energia mais baixo à medida que sua perda de energia aumenta.
O sistema, desenvolvido pelo físico do KAIST Yong-Hoon Cho e colegas, envolve a luz brilhante através de uma única microcavidade hexagonal tratada com um substrato de nitreto de silício modulado por perda. O projeto do sistema leva à geração de um laser polariton em temperatura ambiente, o que é empolgante porque geralmente requer temperaturas criogênicas.
Os pesquisadores descobriram outra característica única e contra-intuitiva desse projeto. Normalmente, a energia é perdida durante a operação do laser. Mas neste sistema, à medida que a perda de energia aumentava, a quantidade de energia necessária para induzir o laser diminuía. Explorar esse fenômeno pode levar ao desenvolvimento de lasers de baixo limiar e alta eficiência para futuros dispositivos ópticos quânticos.
“Este sistema aplica um conceito de física quântica conhecido como simetria de reversão de tempo de paridade”, explica o professor Cho. “Esta é uma plataforma importante que permite que a perda de energia seja usada como ganho. Ela pode ser usada para reduzir a energia de limiar do laser para dispositivos e sensores ópticos clássicos, bem como dispositivos quânticos e controlar a direção da luz.”
A chave é o design e os materiais. A microcavidade hexagonal divide as partículas de luz em dois modos diferentes: um que passa pelo triângulo voltado para cima do hexágono e outro que passa pelo triângulo voltado para baixo. Ambos os modos de partículas de luz têm a mesma energia e caminho, mas não interagem entre si.
No entanto, as partículas de luz interagem com outras partículas chamadas excitons, fornecidas pela microcavidade hexagonal, que é feita de semicondutores. Essa interação leva à geração de novas partículas quânticas chamadas polaritons que, então, interagem entre si para gerar o laser polariton. Ao controlar o grau de perda entre a microcavidade e o substrato semicondutor, surge um fenômeno intrigante, com o limiar de energia tornando-se menor à medida que a perda de energia aumenta.
Publicado em 09/07/2021 01h53
Artigo original:
Estudo original: