روشی برای جفت شدن قدرتمندتر پلاریتون

پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا ادعا می‌کنند که اگر پلاریتون‌ها در یک نیمه‌هادی نانومقیاس محدود شود، تقویت می‌شود. پلاریتون شبه ذره‌ای است که بخشی از آن ماده و بخش دیگرش نور است. این یافته می‌تواند در توسعه مدارهای فتونیک مفید بوده به‌طوری که به‌جای الکتریسیته از نور استفاده کرد.

پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا ادعا می‌کنند که اگر پلاریتون‌ها در یک نیمه‌هادی نانومقیاس محدود شود، تقویت می‌شود. پلاریتون شبه ذره‌ای است که بخشی از آن ماده و بخش دیگرش نور است. این یافته می‌تواند در توسعه مدارهای فتونیک مفید بوده به‌طوری که به‌جای الکتریسیته از نور استفاده کرد.

پلاریتون شبه ذره‌ای‌ است که می‌تواند برای توضیح برهمکنش میان نیمه‌هادی‌ها و دیگر مواد مورد استفاده قرارگیرد. این ماده دو بخش دارد: یک جفت الکترون- حفره (اگزایتون) و یک فوتون که وقتی الکترون و حفره با هم ترکیب می‌شوند منتشر می‌شود. زمانی که فوتون نشر پیدا می‌کند فورا جذب شده و تشکیل اگزایتون می‌دهد. بنابراین این چرخه دائما در جریان است. این تغییر مستمر انرژی میان فوتون و اگزایتون می‌تواند به‌صورت حالت‌های پلاریتون توضیح داده شود.

انتظار می‌رود پلاریتون‌ها نقش مهمی در ادوات فتونیک آینده بازی کنند به‌طوری که به‌جای الکتریسیته از نور برای پردازش اطلاعات استفاده شود. چنین دستگاه‌هایی بسیار سریع‌تر و کم مصرف‌تر خواهند بود. جفت شدن پلاریتون‌ها نقش مهمی در موفقیت این سیستم ها ایفا خواهند کرد اما قدرت این جفت شدن پلاریتون‌ها در نیمه‌هادی‌های توده‌ای همیشه به‌وسیله خود نیمه‌هادی‌ها محدود می‌شود.

ریتش آگاروال و همکارانش مدعی هستند که اگر از روش و جنس مناسب برای تهیه نیمه‌هادی‌ها استفاده شود، می‌توان بر این محدودیت فائق شد. این بدان جهت است که با کوچکتر شدن ابعاد نیمه‌‌هادی‌ها به زیر ۵۰۰ نانومتر، قدرت جفت شدن آنها به‌شدت افزایش می‌یابد.

ریتش آگاروال می‌گوید هنگام کار در مقیاس‌های بزرگ، اندازه سطح اهمیتی ندارد اما با کاهش ابعاد به زیر ۱۰۰ نانومتر این موضوع اهمیت پیدا می‌کند. پیش از این محققان تلاش‌هایی را برای تولید حفره‌های پلاریتون با مقیاس‌های بسیار کوچک داشته‌اند اما روش اچ کردن شیمیایی موجب وارد شدن آسیب‌های به ساختار ماده می‌شده است. این آسیب‌ها موجب به‌دام افتادن اگزایتون شده و اختلالاتی را در سیستم ایجاد می‌کند.

ریتش آگاروال و همکارانش بر این مشکل چیره شدند. آنها به‌جای اچ کردن، از خودآرایی نانوسیم‌هایی از جنس سولفید کادمیم استفاده کردند. از آنجایی که کیفیت سطح نقش مهمی دارد بنابراین این گروه تحقیقاتی با رشد اکسید سیلیکون در اطراف این ساختارها، سطح را غیر فعال کردند. این موضوع خواص نوری سیم‌ها را بهبود می‌دهد زیرا پوسته اکسیدی موجب پر شدن گپ الکتریکی در نانوسیم‌ها شده و مانع به‌دام افتادن اگزایتون‌ها می‌گردد.

نتایج اندازه‌گیری دانشمندان نشان داد که مقدار جفت شدن نور-ماده در این سیستم افزایش یافته است. این افزایش به‌منزله سریع‌تر شدن سوئیچ فتونیک و کاراتر شدن لیزرهای پلاریتون، کاراتر شدن دیودهای نشر نور و آمپلی‌فایرها است.