Turun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet yksinkertaisen menetelmän monimutkaisen kvanttifysiikan osa-alueen tutkimiseen. Löytö tekee tämän alan tutkimuksesta edullisempaa ja helpommin saavutettavaa, mikä voi vaikuttaa merkittävästi tulevien laser-, kvantti- ja huipputeknisten näyttöteknologioiden kehittämiseen.
Tutkimusryhmä kehitti uuden menetelmän pienten rakenteiden, niin sanottujen optisten mikrokaviteettien, valmistamiseksi. Näiden rakenteiden avulla tutkijat voivat erittäin tarkasti tutkia, miten valo vuorovaikuttaa aineen kanssa prosessissa, joka voi johtaa uusien kvanttitilojen, eli polaritonien, syntymiseen. Polaritonit ovat epätavallisia hybridihiukkasia, jotka muodostuvat valosta ja aineesta.
Näitä pieniä rakenteita on perinteisesti valmistettu tyhjiömenetelmällä, mutta tutkijoiden kehittämä uusi lähestymistapa tarjoaa perinteiselle menetelmälle edullisemman ja energiatehokkaamman vaihtoehdon. Tämä tekee kvantti- ja fotoniikan tutkimuksesta helpommin saavutettavaa.
Polaritonimikrokaviteetit ovat keskeisiä valon ja aineen välisten vuorovaikutusten ymmärtämisessä. Lisäksi ne ovat tärkeitä kehittyville teknologioille, kuten erittäin tehokkaille lasereille, kvanttioptiikalle ja uuden sukupolven näytöille. Tähän asti perinteinen valmistus on vaatinut kalliita ja energiaa kuluttavia tyhjiöpinnoitusprosesseja, kuten sputterointia ja höyrystämistä. Tämä on rajoittanut teknologian skaalautuvuutta ja saatavuutta.
Nyt tutkijat ovat mullistaneet alan kehittämällä liuospohjaisen menetelmän, jossa polaritonimikrokaviteettien valmistukseen käytetään yksinkertaisia upotus- ja pyöröpinnoitustekniikoita ilman kalliita tyhjiöpohjaisia tekniikoita.
– Lähestymistapamme helpottaa huomattavasti voimakkaiden valon ja aineen välisten vuorovaikutusten tutkimista, koska tarjoamamme menetelmä on yksinkertainen, edullinen ja kuluttaa paljon vähemmän energiaa kuin nykyiset menetelmät. Olemme poistaneet tarpeen tyhjiötekniikoille ilman, että suorituskyky kärsii. Tämä tuo vahvojen valo-aine-vuorovaikutusten tutkimisen helpommin tutkijoiden ulottuville, sanoo apulaisprofessori Konstantinos Daskalakis.
Valmistusmenetelmien yksinkertaistamisen lisäksi tutkijat onnistuivat mittaamaan suoraan polaritonien lähettämää valoa, mikä antaa merkittävää tietoa polaritonien dynamiikasta.
Tämän ansiosta tutkimusryhmä pystyi havaitsemaan miten polaritonit pystyvät estämään haitallisen ilmiön, jossa valoa tuottavat molekyylit tuhoavat toisiaan. Tämä ilmiö heikentää valon tuottoa ja saa materiaalit kulumaan nopeammin.
– Kun onnistuimme mittaamaan polaritoneista peräisin olevaa valoa, pystyimme näkemään, miten polaritonit ehkäisevät valokatoa. Tämä on merkittävä askel polaritonilaitteiden suorituskyvyn ymmärtämisessä ja parantamisessa, kertoo väitöskirjatutkija Hassan Ali Qureshi.
Uudessa menetelmässä yhdistyvät saavutettavuus, energiatehokkuus ja polaritonien dynamiikan havainnointi, ja menetelmän avulla tutkijat ovat onnistuneet merkittävästi laajentamaan polaritonimikrokaviteettien tutkimuksen mahdollisuuksia. Menetelmä avaa myös uusia mahdollisuuksia herkkien orgaanisten materiaalien tutkimiseen ja vakaampien, tehokkaampien valoa säteilevien teknologioiden kehittämiseen.
Tulokset on julkaistu Advanced Optical Materials -lehdessä.
Kuva medialle
Polaritonidynamiikan jäljillä. Tässä kuvassa lasersäde vuorovaikuttaa polaritonimikrokaviteetin kanssa, paljastaen kuinka polaritonit auttavat suojaamaan emittoivia materiaaleja valokadolta. Kuva: Mikael Nyberg
