Forskare vid KAIST har tillverkat ett lasersystem som genererar mycket interaktiva kvantpartiklar vid rumstemperatur. Deras fynd, publiceras i tidskriften Nature Photonics , kan leda till ett lasersystem med en enda mikrokavitet som kräver lägre tröskelenergi när dess energiförlust ökar.

Systemet, utvecklad av KAIST-fysikern Yong-Hoon Cho och kollegor, involverar lysande ljus genom en enda hexagonal-formad mikrohålighet behandlad med ett förlustmodulerat kiselnitridsubstrat. Systemdesignen leder till generering av en polaritonlaser vid rumstemperatur, vilket är spännande eftersom detta vanligtvis kräver kryogena temperaturer.

Forskarna hittade en annan unik och kontraintuitiv egenskap hos denna design. I vanliga fall, energi går förlorad under laserdrift. Men i detta system, när energiförlusten ökade, mängden energi som behövs för att inducera lasring minskade. Att utnyttja detta fenomen kan leda till utvecklingen av hög effektivitet, lågtröskellasrar för framtida kvantoptiska enheter.

"Detta system tillämpar ett koncept av kvantfysik som kallas paritet-tid omkastningssymmetri, " förklarar professor Cho. "Detta är en viktig plattform som tillåter energiförlust att användas som vinst. Den kan användas för att minska lasertröskelenergin för klassiska optiska enheter och sensorer, såväl som kvantanordningar och styrning av ljusets riktning."

Nyckeln är design och material. Den hexagonala mikrokaviteten delar upp ljuspartiklar i två olika lägen:en som passerar genom den uppåtvända triangeln på hexagonen och en annan som passerar genom sin nedåtvända triangel. Båda lägena för ljuspartiklar har samma energi och väg men interagerar inte med varandra.

Dock, ljuspartiklarna interagerar med andra partiklar som kallas excitoner, tillhandahålls av den hexagonala mikrokaviteten, som är gjord av halvledare. Denna interaktion leder till genereringen av nya kvantpartiklar som kallas polaritoner som sedan interagerar med varandra för att generera polaritonlasern. Genom att kontrollera graden av förlust mellan mikrokaviteten och halvledarsubstratet, ett spännande fenomen uppstår, med tröskelenergin som blir mindre när energiförlusten ökar.