Фізики з Швейцарії, Німеччини та Франції виявили, що акустичні хвилі великої амплітуди, що запускаються ультракороткими лазерними імпульсами, можуть динамічно маніпулювати оптичною реакцією напівпровідників.
Однією з головних проблем досліджень матеріалознавства є досягнення високої налаштованості оптичних властивостей напівпровідників при кімнатній температурі. Ці властивості регулюються ” екситонами “, які є пов’язаними парами негативних електронів і позитивних дірок у напівпровіднику.
Екситони набувають дедалі більшого значення в оптоелектроніці, і останні роки спостерігаються сплеск у пошуку параметрів управління – температури, тиску, електричних та магнітних полів, які можуть регулювати екситонні властивості. Однак помірно великі зміни були досягнуті лише в умовах рівноваги та за низьких температур. На сьогоднішній день відсутні значні зміни при температурі навколишнього середовища, які є важливими для застосування.
Цього щойно було досягнуто в лабораторії Маджеда Чергі на EPFL в рамках Лозаннського центру ультрашвидких наук у співпраці з теоретичними групами Ангела Рубіо (Інститут Макса Планка, Гамбург) та Паскаля Руелло (Університет Ле-Мана). Публікуючи в Science Advances , міжнародна команда вперше демонструє контроль екситонних властивостей за допомогою акустичних хвиль . Для цього дослідники запустили високочастотну (сотні гігагерц) акустичну хвилю великої амплітуди в матеріалі за допомогою ультракоротких лазерних імпульсів. Ця стратегія надалі дозволяє динамічно маніпулювати екситонними властивостями на високій швидкості.

Цей чудовий результат був досягнутий на діоксиді титану при кімнатній температурі, дешевому і багатому напівпровіднику, який використовується в широкому спектрі технологій перетворення світлової енергії, таких як фотоелектрики, фотокаталіз та прозорі провідні підкладки.

“Наші висновки та повний опис, які ми пропонуємо, відкривають дуже захоплюючі перспективи для таких застосувань, як дешеві акустооптичні пристрої або в сенсорній технології для зовнішніх механічних деформацій”, – говорить Маджед Чергі. “Застосування високочастотних акустичних хвиль, як тих, що генеруються ультракороткими лазерними імпульсами, як схем управління екситонами відкриває нову еру для акусто-екситоніки та активної екситоніки, аналогічну активній плазмоніці, яка використовує плазмонні збудження металів”.

“Ці результати – це лише початок того, що можна дослідити, запускаючи високочастотні акустичні хвилі в матеріалах”, – додає Едоардо Бальдіні, провідний автор статті, який зараз перебуває на MIT. “Ми розраховуємо використовувати їх у майбутньому для контролю фундаментальних взаємодій, що регулюють магнетизм, або ініціювання нових фазових переходів у складних твердих тілах”.

Джерело