Una perovskita comúnmente estudiada puede superfluorescer a temperaturas que son prácticas de lograr y en escalas de tiempo lo suficientemente largas como para que sea potencialmente útil en aplicaciones de computación cuántica. El hallazgo de los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte también indica que la superfluorescencia puede ser una característica común de toda esta clase de materiales.

La superfluorescencia es un ejemplo de transición de fase cuántica:cuando los átomos individuales dentro de un material se mueven todos a través de las mismas fases en tándem, convirtiéndose en una unidad sincronizada.

Por ejemplo, cuando los átomos de un material óptico como una perovskita se excitan, pueden irradiar luz individualmente, crear energía, y fluorescen. Cada átomo comenzará a moverse a través de estas fases al azar, pero dadas las condiciones adecuadas, pueden sincronizarse en una transición de fase cuántica macroscópica. Esa unidad sincronizada puede interactuar con campos eléctricos externos con más fuerza de lo que podría hacerlo cualquier átomo, creando una explosión superfluorescente.

"Los casos de sincronización espontánea son universales, que ocurren en todo, desde órbitas planetarias hasta luciérnagas que sincronizan sus señales, "dice Kenan Gundogdu, profesor de física en NC State y autor correspondiente de la investigación. "Pero en el caso de los materiales sólidos, Se pensaba que estas transiciones de fase solo ocurrían a temperaturas extremadamente bajas. Esto se debe a que los átomos se mueven fuera de fase demasiado rápido para que se produzca la sincronización, a menos que el tiempo se ralentice por el enfriamiento ".

Gundogdu y su equipo observaron superfluorescencia en el yoduro de plomo de perovskita metil amonio, o MAPbI ₃ , mientras explora sus propiedades láser. Las perovskitas son materiales con estructura cristalina y propiedades emisoras de luz útiles para crear láseres, entre otras aplicaciones. Son económicos relativamente simple de fabricar, y se utilizan en fotovoltaica, fuentes de luz y escáneres.

"Al tratar de averiguar la dinámica detrás de MAPbI ₃ propiedades láser, notamos que la dinámica que observamos no se puede describir simplemente por el comportamiento láser, "Dice Gundogdu." Normalmente, en el láser, una partícula excitada emitirá luz, estimular a otro, y así sucesivamente en una amplificación geométrica. Pero con este material vimos sincronización y una transición de fase cuántica, resultando en superfluorescencia ".

Pero los aspectos más llamativos de la superfluorescencia fueron que ocurrió a 78 Kelvin y tuvo una duración de fase de 10 a 30 picosegundos.

"Generalmente, la superfluorescencia ocurre a temperaturas extremadamente frías que son difíciles y costosas de lograr, y solo dura femtosegundos, "Dice Gundogdu." Pero 78 K es aproximadamente la temperatura del hielo seco o nitrógeno líquido, y la vida útil de la fase es de dos a tres órdenes de magnitud más larga. Esto significa que tenemos unidades macroscópicas que duran lo suficiente para ser manipuladas ".

Los investigadores piensan que esta propiedad puede estar más extendida en las perovskitas en general, lo que podría resultar útil en aplicaciones cuánticas como el procesamiento o el almacenamiento informático.

"La observación de superfluorescencia en materiales en estado sólido siempre es un gran problema porque hasta ahora solo la hemos visto en cinco o seis materiales, "Dice Gundogdu." Ser capaz de observarlo a temperaturas más altas y escalas de tiempo más largas abre la puerta a muchas posibilidades interesantes ".

La obra aparece en Fotónica de la naturaleza y cuenta con el apoyo de la National Science Foundation (subvención 1729383). Los estudiantes graduados de NC State, Gamze Findik y Melike Biliroglu, son los primeros coautores. Franky Entonces, Walter e Ida Freeman, profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales, es coautor.