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控制耦合到声子谐振腔的钙钛矿的电光响应

开心的月饼 2023-07-28 08:31:37 健康养生

电子声子散射通常是限制半导体中电子迁移率的主要机制。因此,改变声子特性可以提供一种控制电导率的方法。最近,人们越来越有兴趣探索使用光的量子性质作为替代方法。在这种方法中,通过调节材料与电磁场真空状态的相互作用来调节材料特性。

控制耦合到声子谐振腔的钙钛矿的电光响应

量子场和二能级系统之间的相互作用导致状态|im|jf的混合,由材料(|im)和场(|jf)状态组成,具有不同的布居量子数i和j。通过将材料放置在与材料两级系统转变共振的腔内,可以增强场和材料状态的强烈混合。此前已有报道称该方法会影响化学反应速率和电导率。

在《光:科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中,由马克斯·普朗克聚合物研究所的MischaBonn教授领导的科学家团队开发了一种光学透明的太赫兹腔,通过将声子振动耦合到真空状态来操纵声子振动。空腔内的电磁场。腔体由两个熔融石英基板组成,每个基板都沉积有薄的ITO层。

该设计允许与太赫兹腔耦合的材料中的载流子的光激发,并使用太赫兹脉冲探测载流子迁移率。研究人员检查了太赫兹腔和半导体钙钛矿(MAPI,(CH3NH3)PbI3)之间的相互作用。

MAPI在太赫兹频率范围内具有强声子模式,可以与太赫兹腔强耦合。由于强烈的电子-声子相互作用会引起电子-声子散射,这些低频声子显着影响MAPI中电荷载流子的迁移率。这种散射机制是钙钛矿中自由电荷运动的主要限制。因此,钙钛矿与声子谐振腔的耦合可以提供按需控制钙钛矿电导率的机会。

实验表明,在基态和激发态下,钙钛矿-腔系统响应显着取决于腔长度和/或钙钛矿在腔内的位置。尽管谐振和非谐振腔钙钛矿结构之间的电导率响应截然不同,但经典电动力学足以解释复杂的、非直观的响应。

这表明钙钛矿特性(即折射率或电导率)在太赫兹腔内没有变化。然而,集成钙钛矿腔系统的电光响应的显着变化允许可调谐的太赫兹场调制。

总之,这些科学家总结了他们的工作:

“将谐振腔调谐到1THz钙钛矿模式谐振,可在太赫兹脉冲持续时间内将调制提高至原来的3倍。超快太赫兹场调制的这种按需可调性可以有利于光子集成器件和光通信调制。”

“这项工作阐明了光激发介质存在下腔谐振的作用,并开启了使用透明太赫兹光学腔来塑造太赫兹辐射传输并通过光激发半导体腔系统增强按需太赫兹场调制的可能性。”


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