Polariton BIC. a, Representation av polaritonvågledaren med delvis etsat 1D-gitter. b, Beroende av det övre och nedre bandets extrema i kx = 0 på gitterluftfraktionen (wa/a), med färger som motsvarar Q faktorn, beräknad av FDTD. Infälld, beräknad spridning av gitterlägen (utan excitonresonans); linjetjockleken representerar bredden av motsvarande fotoniska resonanser för wa = 0,25a (röd vertikal linje). c, Polariton-spridning som en funktion av kx i energiområdet runt den excitoniska övergången (grön streckad linje), beräknad från en kopplad oscillatormodell:FDTD-resultaten för de fotoniska komponenterna är kopplade till den excitoniska resonansen; färgerna är en linjär representation av den excitoniska fraktionen för varje läge mellan 0 (foton) och 1 (exciton). d, Vinkelupplöst fotoluminescensemission under icke-resonant excitation från ett gitter med en stigning a ≈ 240 nm och fyllningsfaktor FF ≈ 0,7. Den mörka fläcken vid E ≈ 1.519 eV på den nedre polaritongrenen kommer från polariton BIC. Modellen med kopplade oscillatorer (blå streckad linje) används för att passa polaritondispersionen, som i c. e, Experimentellt extraherade toppenergier och motsvarande HWHM (färgskala) från de två polaritonmoden som är synliga i d som en funktion av kx. Punkterna närmast kx ≈ 0 kan inte karakteriseras på grund av bristen på signal från det mörka tillståndet. f, Energiupplöst livslängd för propagerande polaritoner från grenen som är värd för BIC-läget som motsvarar 0,5 excitonfraktionen (|X|2). Felstaplar (gula) rapporteras uttryckligen, med ökande storlek när man närmar sig BIC-energin (vertikal streckad linje). g, Dispersion av polaritonmoden som en funktion av kx och ky, extraherad från experimentella spektra. Spridningen av den nedre grenen bildar tydligt en sadel, med ett minimum längs ky och ett maximum längs kx. h, Beräknad polaritonspridning längs kx och ky, erhållen av modellen med kopplade oscillatorer, som i c och d. Färgerna i g, h motsvarar energiaxeln, som ökar från mörkt till ljust. Kredit:Nature (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04583-7
Ett team av fysiker från CNR-Nanotec i Lecce, Università di Pavia, Princeton University och Université de Lyon har demonstrerat Bose-Einstein-kondensering med hjälp av en plan vågledare där halvledarkvantbrunnar var starkt kopplade till ett bundet tillstånd i ett kontinuum (BIC). I deras artikel publicerad i tidskriften Nature , beskriver gruppen hur de designade och byggde en BIC-stödd vågledare och använde den för att demonstrera polariton Bose-Einstein-kondensering.
BIC är topologiska tillstånd i ett kvantsystem som har unika egenskaper - deras energi finns i spektrumet av moder som fortplantar sig i utrymmet som omger dem. De interagerar inte med andra tillstånd i ett kontinuum, och deras energi, som anses verklig, har en oändlig Q-faktor. De kan inte heller stråla ut i ett långt fält. Sådana tillstånd kan existera i akustiska, elektroniska och fotoniska system. I denna nya ansträngning arbetade forskarna med dem i ett fotoniskt system, där kristaller används för att förbättra deras icke-linjära effekter.
Arbetet av gruppen involverade användning av egenskaperna hos en BIC för att demonstrera polariton Bose-Einstein kondensation (där en gas kyls till nära absolut noll och bildar ett nytt materiatillstånd) i en plan vågledare (en enhet som styr ljus i vertikal riktning .)
I sitt arbete byggde forskarna en vågledare med 12 lager galliumarsenid - varje lager var separerat av barriärer. De fem skikten på toppen etsades sedan med ett 1D-gitter som designades för att säkerställa ett resonant BIC-tillstånd med excitation av kvantbrunnar i skikten. Genom att göra det säkerställdes också att saken och ljuset var starkt kopplade. Detta ledde till bildandet av exciton-polaritoner som, på grund av BIC, var lokaliserade och hade en linjebredd som var oändligt smal.
Forskarna körde sedan sin enhet med laserpulser riktade mot vågledaren och visade på så sätt polariton Bose-Einstein-kondensering - de observerade dubbeltoppade emissioner nära BIC-kanterna, linjebredden blev smalare och utseendet av en blåförskjutning. De visade också att BIC-egenskaperna som ses av polaritonerna var både över och under tröskelnivån för excitation associerad med kondensationen. + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
