Інститут дослідження твердого тіла Макса Планка (MPI-FKF, Штутгарт) спільно з Вюрцбурзьким університетом реалізували кімнатну конденсацію екситонних поляритонів у двовимірній гетероструктурі, що демонструє можливість макроскопічного квантового стану без кріогенних умов. Це важливо через низький поріг збудження та роботу при +22°C, що робить технологію практично придатною.
У пристрої використали двовимірний моношар дисульфіду вольфраму (WS2), інтегрований у високодобротний діелектричний мікрорезонатор на базі розподілених бреггівських дзеркал. Така конструкція забезпечує сильну взаємодію світла з матеріалом на наноформаті.
Фізичний механізм полягає у сильному зв’язку між фотонами мікропорожнини та екситонами напівпровідника. У результаті утворюються гібридні квазічастинки — поляритони — які переходять у макроскопічний квантовий стан, описуваний як бозе-ейнштейнівський конденсат, при температурі +22°C без потреби в кріогенному охолодженні.
Експериментально поріг оптичного збудження склав лише 12 мкВт. Такий низький поріг вказує на відносно високу ефективність формування конденсату при незначному енергетичному вводі.
Практичне значення результату пов’язане з перспективою створення надшвидких оптичних транзисторів і логічних вентилів: автори згадують можливість елементів з часом перемикання менше ніж 200 фемтосекунд. Це відкриває шлях до компонентів для оптичної обробки сигналів із надвисокою швидкістю.
Результат доповнює інші досягнення у сфері 2D-матеріалів, зокрема створення надтонкого захисного шару для двовимірних напівпровідників — цікаву статтю з архіву про підвищення стабільності таких структур.