Ученые ИТМО предложили, как эффективно управлять оптическими свойствами новых 2D-материалов при низких температурах
Портативные глюкометры для больных диабетом, умная одежда и миниатюрные производственные датчики — это не мечты, а реальное будущее. Уже сейчас некоторые микрочипы поражают своими размерами: самый маленький из них имеет нанометровые масштабы. Но и это не предел — особенно если использовать активно изучаемые сейчас двумерные материалы на основе дихалькогенидов переходных металлов. Однако применять их при низких температурах до сих пор непросто.
Несколько лет ученые Нового физтеха ИТМО изучают взаимодействие света и вещества. Три года назад исследователи предположили: если взять систему, в которой нижний уровень энергии соответствует «темному» экситону, а высокий — «светлому», и поместить ее в резонатор, состоящий из двух расположенных параллельно друг другу зеркал, то «светлый» экситон свяжется с фотоном и расщепится на два поляритона с разным запасом энергии. Один из поляритонов окажется на более низком энергетическом уровне, чем «темный» экситон, — тогда последний станет «светлым». При таком сценарии помещенный в резонатор двумерный материал начнет очень хорошо светиться при низкой температуре.
В этом году ученые Нового физтеха совместно с коллегами из Германии подтвердили теорию на примере селенида вольфрама (WSe2). С помощью экспериментов исследователи построили зависимость фотолюминесценции от температуры для двумерного материала, помещенного в резонатор. Она оказалась противоположной такой же зависимости для классических 2D-материалов на основе дихалькогенидов переходных металлов: в резонаторе с увеличением температуры яркость фотолюминесценции понижалась.
Сегодня активно развиваются квантовые коммуникации: их исследуют в ИТМО, в крупных коммерческих компаниях, их же применяют на МКС. Однако для квантовых коммуникаций необходим эффективный источник одиночных фотонов. Авторы статьи уверены, что двумерные материалы на основе дихалькогенидов переходных металлов могут стать кандидатами на эту роль, ведь уже сейчас существуют методики их контролируемого производства. Вторая область применения нового семейства 2D-материалов основана на магнитных свойствах некоторых его представителей. Ученые хотят выяснить, можно ли ими управлять оптически. Если такие механизмы будут найдены, то подобные материалы окажутся полезны в развитии магнитной памяти быстрого случайного доступа.
Результаты исследований опубликованы в статье: Hangyong Shan, Ivan Iorsh, Bo Han, Christoph Rupprecht, et al., Brightening of a dark monolayer semiconductor via strong light-matter coupling in a cavity (Nature Communications, 2022).
Фото: сайт ИТМО