I ricercatori di POSTECH hanno creato una tecnica per il controllo dei polaritoni, che potrebbe portare a progressi nei display ottici e in vari dispositivi optoelettronici.
Le caratteristiche dei polaritoni
Un gruppo di ricerca composto dal Professor Kyoung-Duck Park e Hyeongwoo Lee, ricercatore del Dipartimento di Fisica dell’Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH), ha aperto la strada a una tecnica innovativa nella spettroscopia ad altissima risoluzione. La loro svolta ha segnato il primo caso al mondo di controllo elettrico dei polaritoni (particelle di materia leggera ibridizzate) a temperatura ambiente.
I polaritoni sono particelle ibride “metà luce e metà materia”, che hanno sia le caratteristiche dei fotoni – particelle di luce – sia quelle della materia solida. Le loro caratteristiche uniche mostrano proprietà distinte sia dai fotoni tradizionali che dalla materia solida, sbloccando il potenziale per i materiali di prossima generazione, in particolare nel superare i limiti prestazionali dei display ottici. Fino a ora, l’incapacità di controllare elettricamente i polaritoni a temperatura ambiente a livello di singola particella ne ha ostacolato la fattibilità commerciale.
Il gruppo di ricerca ha ideato un nuovo metodo chiamato “spettroscopia ad accoppiamento forte potenziato dalla punta del campo elettrico”, che consente una spettroscopia controllata elettricamente ad altissima risoluzione. Questa nuova tecnica consente la manipolazione attiva delle singole particelle di polaritoni a temperatura ambiente.
Questo metodo introduce un nuovo approccio alla misurazione, integrando la microscopia a super risoluzione precedentemente inventata dal team del Professor Kyoung-Duck Park con un controllo elettrico ultra preciso. Lo strumento risultante non solo facilita la generazione stabile di polaritoni in uno stato fisico distintivo chiamato forte accoppiamento a temperatura ambiente, ma consente anche la manipolazione del colore e della luminosità della luce emessa dalle particelle di polaritoni attraverso l’uso di un campo elettrico.
L’uso di particelle di polaritoni invece di punti quantici, materiali chiave dei televisori QLED, offre un notevole vantaggio. Una singola particella polaritone può emettere luce in tutti i colori con una luminosità notevolmente migliorata. Questo elimina la necessità di tre tipi distinti di punti quantici per produrre separatamente luce rossa, verde e blu. Inoltre, questa proprietà può essere controllata elettricamente in modo simile all’elettronica convenzionale.
In termini di significato accademico, il team è riuscito a stabilire e convalidare sperimentalmente l’effetto Stark confinato quantistico nel regime di accoppiamento forte, facendo luce su un mistero di lunga data nella ricerca sulle particelle polaritoni.
Controllo dei polaritoni: impatto sui dispositivi optoelettronici
Il risultato ottenuto dal team ha segnato una svolta scientifica che apre la strada alla prossima generazione di ricerca mirata alla creazione di diversi dispositivi optoelettronici e componenti ottici basati sulla tecnologia dei polaritoni.
Questa svolta è destinata a dare un contributo sostanziale al progresso industriale, in particolare fornendo tecnologia chiave per lo sviluppo di prodotti innovativi nel settore dei display ottici, compresi display per esterni ultraluminosi e compatti.
Hyeongwoo Lee, l’autore principale dell’articolo, ha sottolineato l’importanza della ricerca, affermando che rappresenta: “Una scoperta significativa con il potenziale di promuovere progressi in numerosi campi, tra cui sensori ottici di prossima generazione, comunicazioni ottiche e dispositivi fotonici quantistici”.
Conclusioni
La ricerca ha utilizzato punti quantici fabbricati dal team del professor Sohee Jeong e dal team del professor Jaehoon Lim dell’Università di Sungkyunkwan. Il modello teorico è stato realizzato dal professor Alexander Efros del Naval Research Laboratory mentre l’analisi dei dati è stata condotta dal team del professor Markus Raschke dell’Università del Colorado e dal team del professor Matthew Pelton dell’Università del Maryland. Yeonjeong Koo, Jinhyuk Bae, Mingu Kang, Taeyoung Moon e Huitae Joo del dipartimento di fisica di POSTECH hanno eseguito il lavoro di misurazione.
La scoperta dei polaritoni potrebbe portare a una nuova generazione di display per smartphone, TV e altri dispositivi. Questi potrebbero essere più luminosi, efficienti, duraturi e reattivi rispetto ai display attuali. Inoltre, i polaritoni potrebbero essere utilizzati per creare nuovi tipi di tecnologie, come display olografici o flessibili.
Questa nuova particella ha il potenziale per rivoluzionare il modo in cui visualizziamo le informazioni. La ricerca in questo campo è ancora agli inizi, ma il potenziale per applicazioni innovative è enorme.
Questa ricerca è stata recentemente pubblicata su Physical Review Letters, una rivista internazionale di fisica.
