物理学家开发了一种具有电调谐拓扑特征的新型光子系统

图：室温下钙钛矿型液晶腔中的电调谐Berry曲率和强光物质耦合。来源：Mateusz Krol, Faculty of Physics, University of Warsaw

       研究人员实现了一种由钙钛矿和液晶构成的具有电调谐拓扑特征的新型光子系统。他们的研究发表在《Science Advances》上。

       钙钛矿是一种具有广泛应用潜力的材料。这些都是耐用且易于生产的材料，其特殊性能是具有较高的太阳光吸收系数，因此被用于建造新的、更高效的光伏电池。近年来，这些材料的发射特性也被研究使用。

       “我们注意到二维钙钛矿在室温下非常稳定，具有高激子结合能和高量子效率，”Karolina Lempicka-Mirek说，她是该出版物的第一作者。“这些特殊性质可用于构建高效和非传统光源。这对于新光子系统的应用非常重要。”

       Barbara Pietka充道：“特别是，使用钙钛矿进行高能效的信息处理。”

       科学家们成功创建了一个系统，在这个系统中，二维钙钛矿中的激子与双折射光子结构中捕获的光子强耦合：一个充满液晶的二维光学腔。

       Barbara Pietka解释说：“在这种情况下，会产生新的准粒子：激子极化子，它主要以相变到非平衡玻色-爱因斯坦凝聚体的可能性、室温下超流态的形成以及类似激光的强光发射而闻名。”

       Mateusz  Krol解释说：“我们的系统被证明是创建具有非零Berry曲率的光子能带和研究光学自旋轨道效应的理想平台，这些效应模拟了以前在低温下半导体物理中观察到的那些效应。”。“在这种情况下，我们在室温下在强光-物质耦合区重建了Rashba Dresselhaus自旋-轨道耦合。”

       “由于在镜子表面设计了一种特殊的液晶分子扭曲，所以能够产生具有非零Berry曲率的极化带，” Wiktor Piecek解释道。

       Helgi Sigurdsson解释说：“Berry曲率定量描述了3D拓扑绝缘体、Weil半金属和Dirac材料等材料中能带的拓扑特性。”。它主要在反常运输和量子霍尔效应中起着关键作用。近年来，在设计和研究超冷原子气体和光子学中的几何和拓扑能带方面进行了许多开创性的实验。

       Jacek Szczytko解释说：“本研究中开发的光子结构，利用自旋轨道耦合和极化子的特性，为研究室温下光流体的拓扑状态开辟了道路。”

       Barbara Pietka补充道：“此外，它还可以用于光学神经形态网络，在这种网络中，需要对光子的非线性特性进行精确控制。”

[1] Karolina ?empicka-Mirek et al, Electrically tunable Berry curvature and strong light-matter coupling in liquid crystal microcavities with 2D perovskite, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq7533