Een onderzoeksteam heeft een innovatieve techniek ontwikkeld op het gebied van spectroscopie met ultrahoge resolutie. Hun doorbraak markeert 's werelds eerste exemplaar van elektrisch controlerende polaritonen (gehybridiseerde licht-materiedeeltjes) bij kamertemperatuur. Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters.
Polaritonen zijn ‘half-lichte, half-materie’-hybride deeltjes, die zowel de kenmerken van fotonen (lichtdeeltjes) als die van vaste materie hebben. Hun unieke kenmerken vertonen eigenschappen die verschillen van zowel traditionele fotonen als vaste stoffen, waardoor het potentieel voor materialen van de volgende generatie wordt ontsloten, met name door de prestatiebeperkingen van optische beeldschermen te overtreffen.
Tot nu toe heeft het onvermogen om polaritonen bij kamertemperatuur elektrisch te controleren op het niveau van één enkel deeltje hun commerciële levensvatbaarheid belemmerd.
Het onderzoeksteam heeft een nieuwe methode bedacht, genaamd ‘electric-field tip-enhanced strong coupled spectroscopie’, die elektrisch gestuurde spectroscopie met ultrahoge resolutie mogelijk maakt. Deze nieuwe techniek maakt de actieve manipulatie van individuele polaritondeeltjes bij kamertemperatuur mogelijk.
Deze techniek introduceert een nieuwe benadering van metingen, waarbij superresolutiemicroscopie wordt geïntegreerd die eerder is uitgevonden door het team van prof. Kyoung-Duck Park met ultraprecieze elektrische controle. Het resulterende instrument vergemakkelijkt niet alleen de stabiele generatie van polariton in een kenmerkende fysieke toestand die sterke koppeling bij kamertemperatuur wordt genoemd, maar maakt ook de manipulatie mogelijk van de kleur en helderheid van het licht dat door de polaritondeeltjes wordt uitgezonden door het gebruik van een elektrisch veld.
Het gebruik van polaritondeeltjes in plaats van kwantumdots, de belangrijkste materialen van QLED-televisies, biedt een opmerkelijk voordeel. Eén enkel polaritondeeltje kan licht in alle kleuren uitstralen met een aanzienlijk hogere helderheid. Dit elimineert de noodzaak voor drie verschillende soorten kwantumdots om afzonderlijk rood, groen en blauw licht te produceren.
Bovendien kan deze eigenschap elektrisch worden bestuurd, net als conventionele elektronica. In termen van academische betekenis heeft het team met succes het quantum-begrensde grimmige effect in het sterke koppelingsregime vastgesteld en experimenteel gevalideerd, waardoor licht wordt geworpen op een al lang bestaand mysterie in het onderzoek naar polaritondeeltjes.
De prestatie van het team is van grote betekenis omdat het een wetenschappelijke doorbraak markeert die de weg vrijmaakt voor de volgende generatie onderzoek gericht op het creëren van diverse opto-elektronische apparaten en optische componenten op basis van polariton. technologie. Deze doorbraak staat op het punt een substantiële bijdrage te leveren aan de industriële vooruitgang, met name door het leveren van belangrijke brontechnologie voor de ontwikkeling van baanbrekende producten binnen de optische beeldschermindustrie, waaronder ultraheldere en compacte buitenbeeldschermen.
Hyeongwoo Lee, de hoofdauteur van het artikel, benadrukte het belang van het onderzoek en stelde dat het “een belangrijke ontdekking vertegenwoordigt met het potentieel om vooruitgang te boeken op tal van gebieden, waaronder optische sensoren van de volgende generatie, optische communicatie en kwantumfotonische apparaten.”
Het onderzoek maakte gebruik van kwantumstippen die waren vervaardigd door het team van professor Sohee Jeong en het team van professor Jaehoon Lim van de Sungkyunkwan Universiteit. Het theoretische model is gemaakt door professor Alexander Efros van het Naval Research Laboratory, terwijl de data-analyse werd uitgevoerd door het team van professor Markus Raschke van de Universiteit van Colorado en het team van professor Matthew Pelton van de Universiteit van Maryland.
Yeonjeong Koo, Jinhyuk Bae, Mingu Kang, Taeyoung Moon en Huitae Joo van de afdeling Natuurkunde van POSTECH voerden de meetwerkzaamheden uit.