Las perovskitas semiconductoras que exhiben superfluorescencia a temperatura ambiente lo hacen debido a los "amortiguadores" térmicos incorporados que protegen los dipolos dentro del material de la interferencia térmica. Un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Carolina del Norte explora el mecanismo involucrado en esta transición de fase cuántica macroscópica y explica cómo y por qué materiales como las perovskitas exhiben coherencia cuántica macroscópica a altas temperaturas.

Imagine un banco de peces nadando al unísono o el parpadeo sincronizado de luciérnagas:ejemplos de comportamiento colectivo en la naturaleza. Cuando ocurre un comportamiento colectivo similar en el mundo cuántico, un fenómeno conocido como transición de fase cuántica macroscópica, conduce a procesos exóticos como la superconductividad, la superfluidez o la superfluorescencia. En todos estos procesos, un grupo de partículas cuánticas forma un sistema macroscópicamente coherente que actúa como una partícula cuántica gigante.

La superfluorescencia es una transición de fase cuántica macroscópica en la que una población de diminutas unidades emisoras de luz conocidas como dipolos forman un dipolo cuántico gigante y simultáneamente irradian una ráfaga de fotones. Al igual que la superconductividad y la superfluidez, la superfluorescencia normalmente requiere que se observen temperaturas criogénicas, porque los dipolos se desfasan demasiado rápido para formar un estado colectivamente coherente.

Recientemente, un equipo dirigido por Kenan Gundogdu, profesor de física en NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo, observó superfluorescencia a temperatura ambiente en perovskitas híbridas.

"Nuestras observaciones iniciales indicaron que algo estaba protegiendo a estos átomos de las perturbaciones térmicas a temperaturas más altas", dice Gundogdu.

El equipo analizó la estructura y las propiedades ópticas de una perovskita híbrida de haluro de plomo común. Notaron la formación de polarones en estos materiales, cuasipartículas hechas de electrones y movimiento de red enlazado. El movimiento de celosía se refiere a un grupo de átomos que oscilan colectivamente. Cuando un electrón se une a estos átomos oscilantes, se forma un polarón.

"Nuestro análisis mostró que la formación de grandes polarones crea un mecanismo de filtro de ruido vibratorio térmico que llamamos 'análogo cuántico de aislamiento de vibraciones' o QAVI", dice Gundogdu.

Según Franky So, profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales de Walter e Ida Freeman en NC State, "en términos sencillos, QAVI es un amortiguador. Una vez que los dipolos están protegidos por los amortiguadores, pueden sincronizarse y exhibir superfluorescencia". También lo es el coautor de la investigación.

Según los investigadores, QAVI es una propiedad intrínseca que existe en ciertos materiales, como las perovskitas híbridas. Sin embargo, comprender cómo funciona este mecanismo podría conducir a dispositivos cuánticos que podrían operar a temperatura ambiente.

"Comprender este mecanismo no solo resuelve un importante rompecabezas de la física, sino que puede ayudarnos a identificar, seleccionar y también adaptar materiales con propiedades que permitan una coherencia cuántica extendida y transiciones de fase cuántica macroscópica", dice Gundogdu.

La investigación aparece en Nature Photonics . + Explora más

Superfluorescencia de perovskita común a altas temperaturas