Los polaritones ofrecen lo mejor de dos mundos muy diferentes. Estas partículas híbridas combinan luz y moléculas de material orgánico, lo que las convierte en recipientes ideales para la transferencia de energía en semiconductores orgánicos. Son compatibles con la electrónica moderna pero también se mueven con rapidez, gracias a sus orígenes fotónicos.

Sin embargo, son difíciles de controlar y gran parte de su comportamiento es un misterio.

Un proyecto dirigido por Andrew Musser, profesor asistente de química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias, encontró una manera de ajustar la velocidad de este flujo de energía. Este "acelerador" puede mover los polaritones desde un punto casi inmóvil hasta algo que se acerque a la velocidad de la luz y aumentar su alcance, un enfoque que eventualmente podría conducir a células solares, sensores y LED más eficientes.

El artículo del equipo, "Tuning the Coherent Propagation of Organic Exciton-Polaritons through Dark State Delocalization", publicado el 27 de abril en Advanced Science . El autor principal es Raj Pandya de la Universidad de Cambridge.

En los últimos años, Musser y sus colegas de la Universidad de Sheffield han explorado un método para crear polaritones a través de diminutas estructuras tipo sándwich de espejos, llamadas microcavidades, que atrapan la luz y la obligan a interactuar con los excitones, haces móviles de energía que consisten en un par electrón-hueco enlazado.

Anteriormente mostraron cómo las microcavidades pueden rescatar a los semiconductores orgánicos de "estados oscuros" en los que no emiten luz, con implicaciones para los LED orgánicos mejorados.

Para el nuevo proyecto, el equipo utilizó una serie de pulsos láser, que funcionaban como una cámara de video ultrarrápida, para medir en tiempo real cómo se movía la energía dentro de las estructuras de microcavidades. Pero el equipo se topó con un obstáculo propio. Los polaritones son tan complejos que incluso interpretar tales medidas puede ser un proceso arduo.

"Lo que encontramos fue completamente inesperado. Nos sentamos en los datos durante dos buenos años pensando en lo que significaba todo", dijo Musser, el autor principal del artículo.

Finalmente, los investigadores se dieron cuenta de que al incorporar más espejos y aumentar la reflectividad en el resonador de microcavidades, podían, en efecto, turbocargar los polaritones.

"La forma en que estábamos cambiando la velocidad del movimiento de estas partículas todavía no tiene precedentes en la literatura", dijo. "Pero ahora, no solo hemos confirmado que poner materiales en estas estructuras puede hacer que los estados se muevan mucho más rápido y mucho más lejos, sino que tenemos una palanca para controlar qué tan rápido van. Esto nos da una hoja de ruta muy clara ahora sobre cómo intentar para mejorarlos."

En los materiales orgánicos típicos, las excitaciones elementales se mueven en el orden de 10 nanómetros por nanosegundo, lo que equivale aproximadamente a la velocidad del campeón mundial de velocismo Usain Bolt, según Musser.

Eso puede ser rápido para los humanos, anotó, pero en realidad es un proceso bastante lento a nanoescala.

El enfoque de microcavidad, por el contrario, lanza polaritones cien mil veces más rápido, una velocidad del orden del 1% de la velocidad de la luz. Si bien el transporte es de corta duración, en lugar de tomar menos de un nanosegundo, es menos de un picosegundo, o unas 1000 veces más breve, los polaritones se mueven 50 veces más.

"La velocidad absoluta no es necesariamente importante", dijo Musser. "Lo que es más útil es la distancia. Entonces, si pueden viajar cientos de nanómetros, cuando miniaturizas el dispositivo, por ejemplo, con terminales que están separadas por decenas de nanómetros, eso significa que irán de A a B sin pérdidas. Y de eso se trata realmente".

Esto acerca a los físicos, químicos y científicos de materiales cada vez más a su objetivo de crear estructuras de dispositivos nuevas y eficientes y electrónica de próxima generación que no se vean obstaculizadas por el sobrecalentamiento.

"Muchas tecnologías que usan excitones en lugar de electrones solo funcionan a temperaturas criogénicas", dijo Musser. "Pero con los semiconductores orgánicos, puede comenzar a lograr una gran cantidad de funciones interesantes y emocionantes a temperatura ambiente. Por lo tanto, estos mismos fenómenos pueden alimentar nuevos tipos de láseres, simuladores cuánticos o incluso computadoras. Hay muchas aplicaciones para estos partículas de polaritón si podemos entenderlas mejor". + Explora más

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