{"id":38607,"date":"2019-10-31T22:24:51","date_gmt":"2019-10-31T19:24:51","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa\/"},"modified":"2019-10-31T22:24:51","modified_gmt":"2019-10-31T19:24:51","slug":"budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/fr\/blog\/administrirovanie\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","title":{"rendered":"L'avenir du Li-Fi : polaritons, excitons, photons et un peu de disulfure de tungst\u00e8ne","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"L'avenir
\n
\nDepuis de nombreuses ann\u00e9es, des scientifiques du monde entier s'attaquent \u00e0 deux d\u00e9fis : inventer et perfectionner. Parfois, il est difficile de dire ce qui est le plus compliqu\u00e9. Prenons l'exemple des diodes \u00e9lectroluminescentes, qui nous semblent si simples et banales que nous n'y pr\u00eatons pas attention. Mais si l'on y ajoute un peu d'excitons, une pinc\u00e9e de polaritons et du disulfure de tungst\u00e8ne \u00e0 sa guise, ces diodes ne seront plus si prosa\u00efques. Tous ces termes \u00e9tranges d\u00e9signent des composants extr\u00eamement atypiques, dont la combinaison a permis \u00e0 des chercheurs du City College de New York de cr\u00e9er un nouveau syst\u00e8me capable de transmettre des informations \u00e0 une vitesse extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9e gr\u00e2ce \u00e0 la lumi\u00e8re. Cette avanc\u00e9e contribuera \u00e0 perfectionner la technologie Li-Fi. Quels ingr\u00e9dients ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9s dans cette nouvelle technologie, quelle est la recette de ce \u00ab plat \u00bb et quelle est l'efficacit\u00e9 du nouveau LED exciton-polariton ? C'est ce que vont nous r\u00e9v\u00e9ler les chercheurs. Allons-y.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Fondement de l'\u00e9tude<\/h3>\n

\nPour simplifier, cette technologie c'est la lumi\u00e8re et tout ce qui y est associ\u00e9. Tout d'abord, les polaritons, qui apparaissent lors de l'interaction des photons avec des excitations du milieu (phonons, excitons, plasmones, magnons, etc.). Ensuite, les excitons - une excitation \u00e9lectronique dans un di\u00e9lectrique, un semi-conducteur ou un m\u00e9tal, migrante \u00e0 travers le cristal et non associ\u00e9e au transfert de charge et de masse \u00e9lectriques. <\/p>\n

Il est important de noter que ces quasiparticules aiment le froid, c'est-\u00e0-dire que leur activit\u00e9 ne peut \u00eatre observ\u00e9e qu'\u00e0 des temp\u00e9ratures extr\u00eamement basses, ce qui limite consid\u00e9rablement leur application pratique. Mais c'\u00e9tait auparavant. Dans ce travail, les scientifiques ont r\u00e9ussi \u00e0 surmonter la limitation thermique et \u00e0 les utiliser \u00e0 temp\u00e9rature ambiante. <\/p>\n

La caract\u00e9ristique principale des polaritons est leur capacit\u00e9 \u00e0 lier les photons entre eux. Les photons qui entrent en collision avec des atomes de rubidium acqui\u00e8rent une masse. Au cours de multiple collisions, les photons se repoussent, mais dans de rares cas, ils forment des paires et des triplets, tout en perdant la composante atomique repr\u00e9sent\u00e9e par l'atome de rubidium.<\/p>\n

Cependant, pour agir sur la lumi\u00e8re, il faut d'abord la capturer. C'est l\u00e0 qu'intervient le r\u00e9sonateur optique, une combinaison d'\u00e9l\u00e9ments r\u00e9fl\u00e9chissants qui forme une onde stationnaire de lumi\u00e8re. <\/p>\n

Dans cette recherche, un r\u00f4le crucial est jou\u00e9 par des quasiparticules encore plus \u00e9tranges \u2014 les exciton-polaritons, qui se forment gr\u00e2ce \u00e0 une forte liaison entre les excitons et les photons captur\u00e9s dans le r\u00e9sonateur optique. <\/p>\n

Cependant, cela ne suffit pas, car il faut une base mat\u00e9rielle, si l'on peut dire. Et qui mieux que les dichalcog\u00e9nures de m\u00e9taux transitionnels (DPM) peut jouer ce r\u00f4le ? Plus pr\u00e9cis\u00e9ment, le mat\u00e9riau \u00e9metteur utilis\u00e9 \u00e9tait un monocouche de WS2 (disulfure de tungst\u00e8ne), qui poss\u00e8de des \u00e9nergies de liaison des excitons impressionnantes, ce qui a constitu\u00e9 un des crit\u00e8res principaux pour le choix de la base mat\u00e9rielle.<\/p>\n

L'ensemble de tous les \u00e9l\u00e9ments d\u00e9crits ci-dessus a permis de cr\u00e9er une diode polarisante contr\u00f4l\u00e9e \u00e9lectriquement, fonctionnant \u00e0 temp\u00e9rature ambiante.<\/p>\n

Pour r\u00e9aliser cet appareil, le monocouche de WS2 est situ\u00e9 entre de minces barri\u00e8res de tunnel hexagonales en nitrure de bore (hBN), les couches de graph\u00e8ne servant d'\u00e9lectrodes.<\/p>\n

R\u00e9sultats de l'\u00e9tude<\/h3>\n

\nWS2, \u00e9tant un dichalcog\u00e9nure de m\u00e9tal transitionnel, est \u00e9galement un mat\u00e9riau atomiquement mince de Van der Waals (vdW). Cela t\u00e9moigne de ses propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectriques, optiques, m\u00e9caniques et thermiques uniques. <\/p>\n

Combiner avec d'autres mat\u00e9riaux vdW, tels que le graph\u00e8ne (en tant que conducteur) et le nitrure hexagonal de bore (hBN, en tant qu'isolant), permet de mettre en \u0153uvre une multitude de dispositifs semi-conducteurs contr\u00f4l\u00e9s \u00e9lectriquement, y compris des diodes. De telles combinaisons de mat\u00e9riaux de Van der Waals et de polaritons ont d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 mises en \u0153uvre pr\u00e9c\u00e9demment, comme l'affirment ouvertement les chercheurs. Cependant, dans les travaux ant\u00e9rieurs, les syst\u00e8mes obtenus \u00e9taient complexes et imparfaits, et n'exploitaient pas tout le potentiel de chaque composant.<\/p>\n

L'une des id\u00e9es qui a inspir\u00e9 les pr\u00e9c\u00e9dents est l'utilisation d'une plateforme mat\u00e9rielle bidimensionnelle. Dans ce cas, il est possible de r\u00e9aliser des dispositifs avec des couches d'\u00e9mission atomiquement minces, qui peuvent \u00eatre int\u00e9gr\u00e9s avec d'autres mat\u00e9riaux vdW servant de contacts (graph\u00e8ne) et de barri\u00e8res de tunnel (hBN). De plus, cette bidimensionnalit\u00e9 permet de combiner des diodes luminescentes polaritoniques avec des mat\u00e9riaux vdW ayant des propri\u00e9t\u00e9s magn\u00e9tiques singuli\u00e8res, une forte supraconductivit\u00e9 et\/ou des transferts topologiques non standard. En cons\u00e9quence de cette int\u00e9gration, il est possible d'obtenir un tout nouveau type de dispositif dont les propri\u00e9t\u00e9s peuvent \u00eatre tr\u00e8s atypiques. Mais, comme disent les scientifiques, c'est un sujet pour une autre \u00e9tude.<\/p>\n

\"L'avenir
\nImage n\u00b01<\/i><\/p>\n

Sur l'image 1a<\/b> une mod\u00e9lisation tridimensionnelle du dispositif, qui ressemble \u00e0 un g\u00e2teau en couches. La couche sup\u00e9rieure du r\u00e9sonateur optique est en argent, tandis que la couche inf\u00e9rieure est un miroir distribu\u00e9 de 12 couches r\u00e9flecteur de Bragg*<\/i>. Dans la zone active, il y a une zone de tunnel.<\/p>\n

R\u00e9flecteur de Bragg distribu\u00e9*<\/b> \u2014 une structure compos\u00e9e de plusieurs couches, dans laquelle l'indice de r\u00e9fraction du mat\u00e9riau change p\u00e9riodiquement perpendiculairement aux couches.<\/p><\/blockquote>\n

La zone de tunnel est constitu\u00e9e d'une h\u00e9t\u00e9rostructure vdW compos\u00e9e d'une monocouche de WS2 (\u00e9metteur de lumi\u00e8re), de fines couches de hBN de chaque c\u00f4t\u00e9 de la monocouche (barri\u00e8re de tunnel) et de graph\u00e8ne (\u00e9lectrodes transparentes pour l'injection d'\u00e9lectrons et de trous).<\/p>\n

Deux couches de WS2 ont \u00e9t\u00e9 ajout\u00e9es pour augmenter la puissance totale du g\u00e9n\u00e9rateur et, par cons\u00e9quent, pour un meilleur d\u00e9coupage des \u00e9tats polaritoniques de Rabi.<\/p>\n

Le mode de fonctionnement du r\u00e9sonateur est ajust\u00e9 en modifiant l'\u00e9paisseur de la couche de PMMA (polym\u00e9thacrylate de m\u00e9thyle, c'est-\u00e0-dire acrylique).<\/p>\n

L'image 1b<\/b> c'est une image de l'h\u00e9t\u00e9rostructure vdW sur la surface d'un r\u00e9flecteur de Bragg distribu\u00e9. En raison de la haute capacit\u00e9 de r\u00e9flexion du r\u00e9flecteur de Bragg distribu\u00e9, qui forme la couche inf\u00e9rieure, la zone de tunnel sur l'image a un contraste de r\u00e9flexion tr\u00e8s bas, de sorte que seule la couche sup\u00e9rieure \u00e9paisse de hBN est visible.<\/p>\n

Graphique 1C<\/b> repr\u00e9sente une zone de diagramme vdW d'h\u00e9t\u00e9rostructure en g\u00e9om\u00e9trie de tunnel lors du d\u00e9calage. L'\u00e9lectroluminescence (EL) est observ\u00e9e au-dessus d'une tension seuil, lorsque le niveau de Fermi du graph\u00e8ne sup\u00e9rieur (inf\u00e9rieur) est d\u00e9cal\u00e9 au-dessus (en dessous) de la zone de conduction (valence) du WS2, permettant \u00e0 l'\u00e9lectron (trou) de tunneliser dans la zone de conduction (valence) du WS2. Cela cr\u00e9e des conditions favorables \u00e0 la formation d'excitons dans la couche de WS2 avec une recombinaison radiative (\u00e9mettrice) \u00e9lectron-trou.<\/p>\n

Contrairement aux \u00e9metteurs \u00e0 base de jonctions p-n, qui n\u00e9cessitent un dopage pour fonctionner, l'EL des dispositifs \u00e0 tunnel d\u00e9pend exclusivement du courant de tunnel, ce qui permet d'\u00e9viter les pertes optiques et toute variation de la r\u00e9sistivit\u00e9 sp\u00e9cifique due aux changements de temp\u00e9rature. En m\u00eame temps, l'architecture \u00e0 tunnel permet une zone d'\u00e9mission beaucoup plus grande par rapport aux dispositifs \u00e0 base de jonctions p-n de dichalcog\u00e9nides.<\/p>\n

L'image 1d<\/b> d\u00e9montre les caract\u00e9ristiques \u00e9lectriques de la densit\u00e9 du courant de tunnel (J<\/i>) en fonction de la tension de d\u00e9calage (V<\/i>) entre les \u00e9lectrodes de graph\u00e8ne. Une augmentation brusque du courant pour des tensions positives et n\u00e9gatives indique la formation d'un courant de tunnel \u00e0 travers la structure. Avec une \u00e9paisseur optimale des couches d'hBN (~2 nm), un courant de tunnel significatif est observ\u00e9 et une augmentation de la dur\u00e9e de vie des porteurs inject\u00e9s pour la recombinaison \u00e9mettrice.<\/p>\n

Avant de proc\u00e9der \u00e0 l'exp\u00e9rimentation \u00e9lectroluminescente, un caract\u00e9risation de l'appareil a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e en mesurant la r\u00e9flectivit\u00e9 de la lumi\u00e8re blanche avec une r\u00e9solution angulaire pour confirmer la forte liaison des excitons.<\/p>\n

\"L'avenir
\nImage n\u00b02<\/i><\/p>\n

Sur l'image 2a<\/b> montrent les spectres de r\u00e9flectivit\u00e9 avec r\u00e9solution angulaire de la zone active de l'appareil, d\u00e9montrant un comportement emp\u00eachant l'intersection. Une photoluminescence (PL) a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 observ\u00e9e sous excitation hors-r\u00e9sonance (460 nm), montrant une \u00e9mission intense de la branche inf\u00e9rieure du polariton et une \u00e9mission plus faible de la branche sup\u00e9rieure du polariton (2b<\/b>).<\/p>\n

Sur 2c<\/b> la dispersion de l'\u00e9lectroluminescence des polaritons est montr\u00e9e pour une injection de 0,1 \u00b5A\/m\u00b2. La s\u00e9paration de Rabi et le d\u00e9calage du r\u00e9sonateur, obtenus par l'ajustement des modes de l'oscillateur (ligne blanche continue et pointill\u00e9e) \u00e0 l'exp\u00e9rience d'\u00e9lectroluminescence, sont respectivement d'environ 33 meV et -13 meV. Le d\u00e9calage du r\u00e9sonateur est d\u00e9fini comme \u03b4 = Ec \u2212 Ex, o\u00f9 Ex est l'\u00e9nergie de l'exciton, et Ec repr\u00e9sente l'\u00e9nergie du photon du r\u00e9sonateur avec une impulsion nulle dans le plan. Graphique 2d<\/b> il s'agit d'une coupe sous diff\u00e9rents angles de la dispersion \u00e9lectroluminescente. La dispersion des modes de polariton sup\u00e9rieur et inf\u00e9rieur, avec une ant\u00e9croisement se produisant dans la zone de r\u00e9sonance des excitons, est bien visible ici.<\/p>\n

\"L'avenir
\nImage n\u00b03<\/i><\/p>\n

\u00c0 mesure que le courant de tunneling augmente, l'intensit\u00e9 totale de l'\u00c9L augmente. Une faible \u00c9L provenant des polaritons est observ\u00e9e pr\u00e8s du seuil de d\u00e9placement (3a<\/b>), tandis qu'\u00e0 un d\u00e9placement suffisamment \u00e9lev\u00e9 au-dessus du seuil, l'\u00e9mission de polaritons devient distincte (3b<\/b>).<\/p>\n

Sur l'image 3c<\/b> un graphique polaire de l'intensit\u00e9 de l'\u00c9L en fonction de l'angle, montrant un c\u00f4ne d'\u00e9mission \u00e9troit de \u00b1 15\u00b0. Le diagramme de rayonnement reste pratiquement inchang\u00e9 tant pour le courant d'excitation minimal (courbe verte) que maximal (courbe orange). Sur 3d<\/b> l'intensit\u00e9 int\u00e9gr\u00e9e est montr\u00e9e pour divers courants de tunneling en mouvement, qui, comme l'indique le graphique, est suffisamment lin\u00e9aire. Ainsi, l'augmentation du courant \u00e0 des valeurs \u00e9lev\u00e9es peut conduire \u00e0 une diffusion r\u00e9ussie des polaritons le long de la branche inf\u00e9rieure et cr\u00e9er un diagramme de rayonnement extr\u00eamement \u00e9troit en raison de la g\u00e9n\u00e9ration de polaritons. Cependant, dans cette exp\u00e9rience, cela n'a pas pu \u00eatre r\u00e9alis\u00e9 en raison d'une limitation li\u00e9e \u00e0 la d\u00e9faillance di\u00e9lectrique de la barri\u00e8re de tunneling hBN. <\/p>\n

Les points rouges sur 3d<\/b> indiquent les mesures d'un autre param\u00e8tre \u2014 l'efficacit\u00e9 quantique externe* Efficacit\u00e9 quantique*<\/i>.<\/p>\n

\u2014 le rapport du nombre de photons dont l'absorption a entra\u00een\u00e9 la formation de quasi-particules au nombre total de photons absorb\u00e9s.<\/b> L'efficacit\u00e9 quantique*<\/p><\/blockquote>\n

L'efficacit\u00e9 quantique observ\u00e9e est comparable \u00e0 celle des autres diodes \u00e9lectroluminescentes polaritoniques (bas\u00e9es sur des mat\u00e9riaux organiques, des nanotubes de carbone, etc.). Il convient de noter que dans le dispositif \u00e9tudi\u00e9, l'\u00e9paisseur de la couche \u00e9mettrice de lumi\u00e8re n'est que de 0,7 nm, alors que pour d'autres dispositifs, cette valeur est beaucoup plus \u00e9lev\u00e9e. Les chercheurs ne cachent pas que leur appareil n'a pas le plus haut rendement quantique, mais il est possible d'augmenter ce rendement en pla\u00e7ant un plus grand nombre de monocouches dans la zone de tunnel, s\u00e9par\u00e9es par de fines couches de hBN. <\/p>\n

Les chercheurs ont \u00e9galement examin\u00e9 l'influence de la perturbation du r\u00e9sonateur sur l'\u00c9L du polaritone, en fabriquant un autre dispositif, mais avec une perturbation plus forte (- 43 meV).<\/p>\n

\"L'avenir
\nImage n\u00b04<\/i><\/p>\n

Sur l'image 4a<\/b> les spectres de l'\u00c9L avec une r\u00e9solution angulaire de ce dispositif \u00e0 une densit\u00e9 de courant de 0,2 \u00b5A\/\u00b5m\u00b2. En raison de la forte perturbation, le dispositif pr\u00e9sente un effet d'effet de goulot d'\u00e9tranglement marqu\u00e9 dans l'\u00c9L, avec un maximum d'\u00e9mission se produisant \u00e0 un angle \u00e9lev\u00e9. Cela est \u00e9galement corrobor\u00e9 par l'image 4b<\/b>, o\u00f9 les diagrammes polaires de ce dispositif sont compar\u00e9s au premier (2c<\/b>).<\/p>\n

Pour une compr\u00e9hension plus approfondie des nuances de l'\u00e9tude, je recommande de consulter le rapport des chercheurs<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

\u00c9pilogue<\/h3>\n

\nAinsi, toutes les observations et mesures d\u00e9crites ci-dessus confirment la pr\u00e9sence de luminescence \u00e9lectroluminescente polaritoniques dans une h\u00e9t\u00e9rostructure vdW int\u00e9gr\u00e9e dans un micro-r\u00e9sonateur optique. L'architecture de tunnel du dispositif \u00e9tudi\u00e9 permet l'injection d'\u00e9lectrons\/trous et la recombinaison dans la monocouche WS2, qui sert de \u00e9metteur de lumi\u00e8re. Il est important de noter que le m\u00e9canisme de tunnel du dispositif ne n\u00e9cessite pas de dopage des composants, ce qui r\u00e9duit au minimum les pertes et les diverses modifications li\u00e9es \u00e0 la temp\u00e9rature.<\/p>\n

Il a \u00e9t\u00e9 \u00e9tabli que l'\u00c9L a une forte directionnalit\u00e9 gr\u00e2ce \u00e0 la dispersion du r\u00e9sonateur. Par cons\u00e9quent, l'am\u00e9lioration de la qualit\u00e9 du r\u00e9sonateur et un courant de plus forte intensit\u00e9 permettront d'augmenter l'efficacit\u00e9 des diodes \u00e9lectroluminescentes \u00e0 micro-r\u00e9sonateur, ainsi que des polaritons \u00e0 micro-r\u00e9sonateur contr\u00f4l\u00e9s \u00e9lectriquement et des lasers photoniques.<\/p>\n

Ce travail a encore une fois confirm\u00e9 que les dichalcog\u00e9nures de m\u00e9taux de transition poss\u00e8dent des propri\u00e9t\u00e9s vraiment uniques et un large \u00e9ventail d'applications.<\/p>\n

Des recherches similaires et des inventions novatrices peuvent avoir un impact significatif sur le d\u00e9veloppement et la diffusion des technologies de transmission de donn\u00e9es par le biais des diodes \u00e9lectroluminescentes et de la lumi\u00e8re elle-m\u00eame. Parmi ces technologies futuristes, on trouve le Li-Fi, qui peut offrir une vitesse bien sup\u00e9rieure \u00e0 celle du Wi-Fi actuel.<\/p>\n

Merci pour votre attention, restez curieux et passez une excellente semaine de travail, les amis ! \ud83d\ude42<\/p>\n

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Source : habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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