控制与声子共振腔耦合的包光体的电光响应
发布时间：2023-07-28 08:00:00 阅读数： 50
a, 材料态和场态耦合产生光-物质混合极化子态 P⁺ 和 P- 的示意图。我们在此探讨声子-极化子的形成是否能改变电子-声子的相互作用。b：光学透明法布里-佩罗腔中的透辉石薄膜草图，腔长约为 100's µm，可调谐，使其基模共振于太赫兹频率。作者：Lucia Di Virgilio、Jaco J. Geuchies、Heejae Kim、Keno Krewer、Hai Wang、Maksim Grechko、Mischa Bonn
电子-声子散射通常是限制半导体中电子迁移率的主要机制。因此，改变声子特性可以提供一种控制电导率的方法。最近，人们对探索利用光的量子特性作为替代方法的兴趣日益浓厚。在这种方法中，通过调整材料与电磁场真空状态的相互作用来调节材料特性。
量子场与两级系统之间的相互作用会导致态|im|jf的混合，态|im|jf由材料态（|im）和场态（|jf）组成，具有不同的种群量子数i和j。据报道，这种方法可影响化学反应的速率和导电性。
在发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）上发表的一篇新论文中，由马克斯-普朗克聚合物研究所的米沙-波恩（Mischa Bonn）教授领导的科学家团队开发出了一种光学透明太赫兹腔体，通过将声子振动耦合到腔体内电磁场的真空状态来操纵声子振动。该空腔由两块熔融石英基板组成，每块基板上都沉积了一层薄薄的 ITO 层。
这种设计允许光激发材料中与太赫兹腔耦合的电荷载流子，并利用太赫兹脉冲探测电荷载流子的迁移率。研究人员研究了太赫兹空腔与半导体过氧化物（MAPI，(CH3NH3)PbI3）之间的相互作用。
MAPI 在太赫兹频率范围内具有强烈的声子模式，可以与太赫兹腔体强烈耦合。这些低频声子对 MAPI 中电荷载流子的迁移率产生了重大影响，因为电子与声子之间的强烈相互作用会引起电子-声子散射。这种散射机制是包晶中自由电荷运动的主要限制因素。因此，与声子共振腔耦合的包晶可以提供按需控制包晶电导率的机会。
实验表明，无论是在基态还是激发态，包晶-空腔系统的响应都明显取决于空腔的长度和/或包晶在空腔中的位置。尽管共振腔和非共振腔-包光体构型之间的电导响应看起来大相径庭，但经典电动力学足以解释这种复杂、非直观的响应。
这表明，太赫兹空腔内的包晶特性（即折射率或电导率）是不变的。然而，整体包晶-空腔系统电光响应的显著变化使得太赫兹场调制成为可能。
最后，这些科学家对他们的工作进行了总结：
"将空腔调谐到与 1 太赫兹的包晶模式共振，可在太赫兹脉冲持续时间内将调制增加 3 倍。这种超快太赫兹场调制的按需调节能力可使光子集成设备和光通信调制受益匪浅"。
"这项工作阐明了空腔共振在光激发介质存在时的作用，并为使用透明太赫兹光学空腔来塑造太赫兹辐射的传输和通过光激发半导体空腔系统按需增强太赫兹场调制提供了可能性"。
参考资料
Lucia Di Virgilio et al, Controlling the electro-optic response of a semiconducting perovskite coupled to a phonon-resonant cavity, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01232-0
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