Praca doktorska
Miniatura
Pliki
0000-DR-274408-praca (1).pdf6.89 MB
Licencja
CC-BYCC-BY - Uznanie autorstwa
 

Polarytony ekscytonowe w mikrownękach optycznych z perowskitami

Uproszczony widok
dc.abstract.plW 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.
dc.abstract.plIn recent years, research on the emission properties of perovskites at room temperature has been intensively pursued in the scientific community. Despite this, it is still a topic with many more unknowns compared to their counterparts, semiconductor materials, at cryogenic temperatures. Due to its amazing properties, including strong and effective emission at room temperature; the possibility of lasering on perovskite single crystals; and the possibility of tuning the emission in the visible light range by changing the cation or anion in the perovskite structure, they have become ideal candidates for applications in laser systems, studies of nonlinear phenomena, and observations of exciton-polaritons. Exciton-polaritons are quasiparticles formed as a result of strong interactions of a photon with excitons. They are most often observed in the structure of microcavity. The research carried out as part of this doctoral dissertation focuses on the observation of the regime of strong light-matter coupling and, consequently, the investigation of nonlinear phenomena, i.e. polariton condensation in perovskites at room temperature. The use of perovskites as efficient emitters opens a number of new possibilities for their use in electroluminescent and electro-optical devices operating at room temperature. The main aim of this thesis was to produce, test, and describe perovskite materials integrated into the structure of an optical cavity. The goal was to observe exciton-polaritons and non-equilibrium polariton condensation at room temperature. As a consequence, the obtained structures were ultimately used to construct prototype devices emitting efficient light at room temperature. Chapter I contains a general introduction to the research topic and a review of the literature. It presents in detail the elements required to construct a perovskite microcavity, and in particular, presents the physical basis describing the behavior of excitons trapped in an optical microcavity. Experimental techniques enabling the observation and detection of exciton-polaritons and polariton condensation are discussed. Chapter II is devoted to descriptions of the synthesis of the produced perovskite materials. Procedures for producing perovskites of various dimensions are discussed. The produced materials were subjected to detailed characterization to check the quality of the fabricated perovskites and qualified for further research in optical cavities. Chapter III presents various ways of implementing the strong light-matter coupling regime at room temperature. Polariton condensation on microwires of CsPbBr3 single crystals is presented. Chapter IV focuses on the use of polycrystalline PEPI perovskite in the creation of flexible, suspended perovskite polyimide films. As a result, a millimeter-sized device is presented that emits efficient light and operates in the strong coupling regime at room temperature. Chapter V presents innovative research on polycrystalline perovskites doped with manganese ions. The observed effects depend on the content of manganese ions introduced into the perovskite structure. Temperature-dependent emission tests and magneto-optical measurements were performed showing Zeeman splitting for low Mn:PEPI concentration values. Chapter VI contains studies of the strong light-matter coupling regime in liquid crystal cavities filled with a two-dimensional hybrid perovskite. The influence of perovskite on the properties of the liquid crystal cavity is presented, various methods of arranging the cavity are discussed, and the Berry curvature in the mentioned structure is described. Chapter VII presents a tunable polariton laser emitting chiral light with two circularly polarized beams. The device was made on the basis of a liquid crystal microcavity with an inorganic perovskite CsPbBr3 operating at room temperature. Chapter VIII is a summary of the dissertation along with prospects for further research.
dc.affiliation.departmentWydział Fizyki
dc.contributor.authorŁempicka-Mirek, Karolina
dc.date.accessioned2023-12-11T07:25:59Z
dc.date.available2023-12-11T07:25:59Z
dc.date.defence2023-12-21
dc.date.issued2023-12-11
dc.description.additionalLink archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/4829
dc.description.promoterPiętka, Barbara
dc.identifier.urihttps://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4829
dc.language.isopl
dc.rightsCC-BY
dc.rightsCC-BY
dc.rights.uriCC-BY
dc.subject.enperowskity
dc.subject.enemitters
dc.subject.enpolariton condensation
dc.subject.enstrong coupling regime
dc.subject.enperovskites
dc.subject.plmikrownęki optyczne
dc.subject.plemitery
dc.subject.plkondensacja polarytonowa
dc.subject.plreżim silnego sprzężenia
dc.titlePolarytony ekscytonowe w mikrownękach optycznych z perowskitami
dc.title.alternativeExciton-polaritons in optical microcavities with perovskites
dc.typeDoctoralThesis
dspace.entity.typePublication