Polarytony ekscytonowe w mikrownękach optycznych z perowskitami

W ostatnich latach badania nad właściwościami emisyjnymi perowskitów w temperaturze pokojowej są intensywnie prowadzone w środowisku naukowym. Pomimo tego, jest to temat w dalszym ciągu niewystarczająco wyeksploatowany, w porównaniu do materiałów półprzewodnikowych, w temperaturach kriogenicznych. Ze względu na niesamowite właściwości, m.in. silną i efektywną emisję w temperaturze pokojowej, możliwość uzyskania laserowania na perowskitach, strojenia emisją w zakresie światła widzialnego, poprzez zmianę kationu lub anionu w strukturze perowskitu, stały się idealnymi kandydatami w zastosowaniu do układów laserujących, badaniach zjawisk nieliniowych oraz obserwacji polarytonów ekscytonowych. Polarytony ekscytonowe są kwazicząstkami powstałymi w wyniku silnych oddziaływań fotonu z ekscytonami. Wytwarzane są najczęściej w strukturze mikrownęki. Badania realizowane w ramach doktoratu skupiają się na obserwacji reżimu silnego sprzężenia światło-materia, a w konsekwencji zbadania nieliniowych zjawisk tj. kondensacji polarytonowej na perowskitach w temperaturze pokojowej. Zastosowanie perowskitów jako wydajnych emiterów otwiera szereg nowych możliwości w zastosowaniu ich w urządzeniach elektroluminescencyjnych, elektrooptycznych pracujących w temperaturze pokojowej. Głównym celem niniejszej rozprawy było wytworzenie, zbadanie, opisanie materiałów perowskitowych zintegrowanych w strukturę wnęki optycznej oraz obserwacja polarytonów ekscytonowych i nierównowagowej kondensacji polarytonowej w temperaturze pokojowej. W konsekwencji otrzymane struktury docelowo miały posłużyć do konstrukcji prototypowych urządzeń emitujących wydajne światło w temperaturze pokojowej. Rozdział I zawiera ogólne wprowadzenie do tematyki badań oraz przegląd literatury. Zaprezentowano w nim poszczególne elementy składające się na budowę mikrownęki z perowskitem, a w szczególności przedstawiono podstawy fizyczne opisujące zachowanie się ekscytonów uwięzionych w mikrownęce optycznej. Omówiono obrazowo techniki doświadczalne pozwalające na obserwację i detekcję polarytonów ekscytonowych oraz kondensacji. Rozdział II poświęcony jest opisom syntezy wytworzonych materiałów perowskitowych. Omówiono procedury wytwarzania perowskitów o różnej wymiarowości. Wytworzone materiały poddano szczegółowej charakteryzacji w celu sprawdzenia poprawności wykonanych perowskitów oraz ocenie w kierunku dalszych badań we wnękach optycznych. Rozdział III prezentuje różne sposoby realizacji reżimu silnego sprzężenia światło-materia w temperaturze pokojowej. Przedstawiono kondensację polarytonową na mikrodrutach monokryształów CsPbBr3. Rozdział IV skupia się na wykorzystaniu polikrystalicznego perowskitu PEPI w zastosowaniu do tworzenia elastycznych, zawieszonych folii poliimidowych z perowskitem. W rezultacie zaprezentowano milimetrowe urządzenie emitujące wydajne światło oraz pracujące w reżimie silnego sprzężenia w temperaturze pokojowej. W rozdziale V przedstawiono nowatorskie badania polikrystalicznych perowskitów domieszkowanych jonami manganu. Uzależniono obserwowane efekty od zawartości jonów manganu wprowadzanych w strukturę perowskitu. Badania emisji zależne od temperatury oraz pomiary magnetooptyczne potwierdzające występowanie rozszczepienia Zeemena dla niskich wartości koncentracji Mn:PEPI. Rozdział VI zawiera badania reżimu silnego sprzężenia światło-materia we wnękach ciekłokrystalicznych wypełnionych dwuwymiarowym hybrydowym perowskitem. Przedstawiono wpływ perowskitu na własności wnęki z ciekłym kryształem, omówiono różne sposoby porządkowania wnęki i obserwację krzywizny Berry'ego we wspomnianej strukturze. Rozdział VII prezentuje przestrajalny laser polarytonowy emitujący chiralne światło o dwóch wiązkach spolaryzowanych kołowo. Urządzenie wykonano na bazie mikrownęki ciekłokrystalicznej z nieorganicznym perowskitem CsPbBr3 pracujące w temperaturze pokojowej. Rozdział VIII stanowi podsumowanie rozprawy wraz z perspektywami dalszych badań i rozwoju omawianej tematyki.