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物理学 > 光学

arXiv:2409.12093 (physics)
[提交于 2024年9月18日 ]

标题: 包裹的苝双亚胺实现室温极化子激光和光子晶格

标题: Enwrapped Perylene Bisimide Enables Room Temperature Polariton Lasing and Photonic Lattices

Authors:Dominik Horneber, Johannes Düreth, Tim Schembri, Simon Betzold, Matthias Stolte, Sven Höfling, Frank Würthner, Sebastian Klembt
摘要: 苝双亚胺(PBIs)是一类有机染料,在溶液中具有接近于1的光致发光量子产率(PLQY),并且具有优异的热稳定性和光化学稳定性。 这些特性加上通过化学功能化可以调节它们固态堆积排列的能力,使得这类材料成为室温下激子-极化子激光器的理想候选材料。 极化子激光在低温III-V半导体中已有很好的理解,然而,对于稳健且多功能的室温应用的发射材料的探索仍在继续。 例如,钙钛矿和几种有机材料已被发现能够支持极化子激光,但许多这些材料缺乏在环境条件下可调谐性和长期稳定性。 在这里,我们使用一种强包裹的PBI发色团制造光学微腔,该发色团在固态中表现出主要的单体吸收和发射特性。 大量的bay取代基防止了堆叠引起的PLQY淬灭,从而实现了室温下的极化子激光。 此外,展示了在单一半球共振器中的光子限制,导致具有离散能量的局域极化子模式,以及显示出明确的极化子能带结构的光学晶格。 由于可以通过精确控制PBI发射体的固态堆积排列来实现可调性质,我们的研究结果为偏振依赖的光-物质耦合铺平了道路,包括在取向晶体薄膜微腔结构内的拓扑光子效应。
摘要: Perylene bisimides (PBIs) are organic dyes with photoluminescence quantum yields (PLQY) close to unity in solution and great thermal and photo-chemical stability. These features alongside the tunability of their solid-state packing arrangement via chemical functionalization make this material class an excellent candidate for exciton-polariton lasing at room temperature. Polariton lasing is well understood in III-V semiconductors at cryogenic temperatures, however, the search for emitter materials for robust and versatile room temperature applications is ongoing. While e.g. perovskites and several organic materials have been identified to support polariton lasing, many of these materials lack tunability and long-term stability under ambient conditions. Here, we fabricate optical microcavities using a strongly enwrapped PBI chromophore with prevailing monomer-like absorption and emission properties in the solid state. Voluminous bay-substituents prevent stacking induced PLQY-quenching, thereby enabling polariton lasing at room temperature. Additionally, photonic confinement in single hemispheric resonators is demonstrated leading to localized polaritonic modes with discrete energies, as well as optical lattices revealing distinct polaritonic band-structures. Due to the possibility of tunable properties by the precise control of the solid-state packing arrangement of PBI emitters, our results pave the way for polarization-dependent light-matter coupling, including topological photonic effects within oriented crystalline thin-film microcavity structures.
主题: 光学 (physics.optics) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2409.12093 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2409.12093v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.12093
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1002/adom.202402617
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来自: Dominik Horneber [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 9 月 18 日 16:11:49 UTC (1,708 KB)
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