Wissenschaftler bauen einen harmonischen Quantenoszillator bei Raumtemperatur

Ein harmonischer Quantenoszillator – eine Struktur, die in der Lage ist, den Ort und die Energie von Quantenteilchen zu steuern, die in Zukunft zur Entwicklung neuer Technologien wie OLEDs und Miniaturlaser verwendet werden könnte – wurde bei Raumtemperatur von Forschern unter der Leitung der Universität St Andreas.

Die Forschung, die in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Nanyang Technological University in Singapur durchgeführt und in veröffentlicht wurde Naturkommunikation kürzlich verwendet a organischer Halbleiter um Polaritonen zu erzeugen, die bereits bei Raumtemperatur Quantenzustände zeigen.

Polaritonen sind Quantenmischungen aus Licht und Materie, die durch Kombinieren von Anregungen in a entstehen Halbleitermaterial mit Photonen, den elementaren Teilchen, die Licht bilden. Um Polaritonen zu erzeugen, haben Forscher Licht in einer dünnen Schicht eines organischen Halbleiters (der Art von lichtemittierendem Material, das in OLED-Smartphone-Displays verwendet wird) eingeschlossen, die 100-mal dünner als ein einzelnes menschliches Haar ist und zwischen zwei stark reflektierenden Spiegeln liegt.

Polaritonen können wie Feuchtigkeit in der Luft kondensieren und eine Art Flüssigkeit bilden. Die Forscher sammelten diese Quantenflüssigkeit in einem Muster von Laserstrahlen, um ihre Eigenschaften zu kontrollieren. Dies veranlasste die Flüssigkeit, mit einer Reihe von harmonischen Frequenzen zu schwingen, die den Schwingungen einer Geigensaite ähneln. Die Form dieser quantisierten Schwingungszustände entsprach der eines „Quantenharmonischen Oszillators“.

Einer der Projektleiter, Dr. Hamid Ohadi von der School of Physics and Astronomy an der University of St. Andrews, sagte: „Es ist ein klassisches Problem, das wir mit unseren Studenten in unseren Kursen der Quantenphysik betrachten, es ist das Quantum harmonischer Oszillator. Früher dachten wir, dass man ausgefallene Kühlmethoden braucht, um diese Oszillatoren zu sehen. Wir haben festgestellt, dass dieses grundlegende physikalische Phänomen bei beobachtet werden kann Umgebungstemperatur zudem.”

Sein Kollege, Professor Graham Turnbull, fügte hinzu: „Durch das Studium dieses Quantenoszillators lernen wir, die Position und Bewegung von Polaritonen zu kontrollieren. In Zukunft hoffen wir, dieses Wissen zu nutzen, um neue Quantentechnologien für die Umweltsensorik oder neue Arten von OLEDs zu entwickeln. und Miniaturlaser.”

Professor Ifor Samuel, der ebenfalls Teil des Projektteams in St. Andrews ist, sagte: „Eines der bemerkenswertesten Dinge an dieser Studie ist, dass wir die Probe an einem Ort anregen, aber sehen Sie (polariton)-Laser in einem anderen, der zeigt, dass eine Quantenmischung aus Licht und Materie makroskopische Entfernungen zurücklegen kann. Dies könnte nicht nur für Laser nützlich sein, sondern auch für Solarzellen.”