ТАСС, 22 сентября. Российские физики выяснили, что полимерные полупроводники можно использовать для создания дешевых детекторов одиночных фотонов, которые могут работать при комнатной температуре. Результаты первых экспериментов с этими приборами опубликовал научный журнал Nature.
"Быстрое развитие органической поляритоники в последние годы открыло дорогу для создания полностью оптических логических схем, работающих при комнатной температуре. Наши опыты продемонстрировали возможность их работы на уровне одиночных частиц света", – пишут исследователи.
Работа этого детектора основывается на появлении в толще полупроводникового полимерного материала так называемых экситон-поляритонов. Так физики называют квазичастицы, представляющие собой комбинацию из электрона и "дырки", положительного заряда, а также электрона и фотона.
Ранее ученые считали, что подобные структуры могут существовать лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, однако российским физикам удалось несколько лет назад показать, что они могут возникать и при комнатной температуре, а также создать первый лазер на основе этих квазичастиц.
Группа российских физиков под руководством профессора Сколковского института науки и технологий Павлоса Лагудакиса уже долгое время работает над использованием этих квазичастиц для создания своеобразного оптического аналога транзисторов, способных реагировать на изменения в количестве поступающих в них фотонов и менять свои свойства.
Недавно Лагудакису и его коллегам удалось реализовать эту идею на практике при помощи полимерного материала MeLPPP, чьи молекулы особенно эффективно взаимодействуют со светом. Исследователи подготовили тонкий слой из этого органического полупроводника и вставили его в пространство между двумя миниатюрными зеркалами из кварца и оксида таллия.
После этого они подсветили эту конструкцию при помощи лазера и начали наблюдать за тем, как она реагировала на импульсы излучения разной мощности. Эти наблюдения неожиданным образом показали, что созданные физиками структуры заметным образом меняли свои свойства даже в том случае, если вспышки лазера содержали в себе лишь одну частицу света.
Как предполагают физики, это связано с тем, что экситон-поляритоны внутри полупроводникового материала находятся в особом состоянии, которое напоминает по своим свойствам так называемый конденсат Бозе – Эйнштейна. Он представляет собой экзотическую форму материи, которая состоит из множества атомов или других частиц, охлажденных почти до абсолютного нуля.
В соответствии с законами квантовой физики, их облако ведет себя как один гигантский атом, в том числе и при взаимодействиях со светом. Характер этих взаимодействий сильно различается для разного числа фотонов, что позволяет с достаточно большой долей вероятности отследить попадание даже одиночной частицы света внутрь полимерного материала.
Подобная особенность разработки Лагудакиса и его коллег позволяет использовать ее в качестве дешевых детекторов небольших групп фотонов, а также в качестве сверхбыстрых и чувствительных оптических транзисторов. Как надеются ученые, совершенствование конструкции этого прибора позволят им повысить надежность распознавания одиночных частиц света, что расширит их применение при создании квантовых и световых компьютеров.