Superfluorescens (SF), som en kooperativ strålningseffekt som härrör från vakuumkvantfluktuationer, är en idealisk plattform för att studera korrelationsmekanismer för många kroppar i en excitonensemble och för att utveckla optiskt ultrasnabba tekniker på ljusa kvantljuskällor. På senare tid har observationer av superfluorescenseffekter baserade på olika strålningsmaterial eller under olika arbetstemperaturer varit ett hett ämne. Aktuella arbeten fokuserar dock främst på att studera och diskutera själva etableringen av SF.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av forskare, ledda av professor Zheng Sun och professor Wei Xie och kollegor från State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University i Shanghai har föreslagit utvecklingen av superfluorescensfältet i kombination med forskningsområdet polaritoner.
Explicit hävdar de för första gången att de inte bara observerar superfluorescenseffekten utan också kontrollerar det kollektiva tillståndet för dipolensemblen genom att inkludera en ny reglerande dimension av koppling av ljusfält. Deras experimentella och teoretiska arbete, som beskrivs i denna artikel, ger starka bevis för att avslöja en ny kvasipartikel av kooperativ exciton-polariton (CEP) och fasövergången från superfluorescens till CEP-kondensation.
De demonstrerar en hybridstruktur av lätt-materia av en perovskit-kvantprickfilm och en enkel halvlagers Bragg-spegel. Den kooperativa exciton-polaritonen formaliseras genom att koppla en ensemble av synkroniserade exctioner till ett valt optiskt Bragg-läge. Ovanför densitetströskeln inträffar kondensation vid ett momentum som inte är noll på den nedre polaritongrenen på grund av den viktiga rollen av kooperativa utskärningar. Fasövergången uppvisar nyckelsignaturer för en minskning av linjebredden, en ökning av den makroskopiska koherensen samt en accelererad strålningsavklingningshastighet.
Forskarna sammanfattar den underliggande fysiska mekanismen för fasövergången från superfluorescens till CEP-kondensering av deras hybridstruktur:"Vi demonstrerar den starka kopplingen mellan de kooperativa excitonerna och Bragg-fotoner i en perovskit QDs-baserad halvkavitet med en Rabi-delning på 21,6 meV ."
"Vi uppnår den kooperativa exciton-polariton-kondensationen. De involverade korrelerade excitonerna har visat sig avsevärt förbättra kopplingsstyrkan, vilket kan tillskrivas den kooperativa effekten som inducerar synkroniseringen av de slumpmässiga faserna av excitonen för att justeras för att bilda en gigantisk dipol. Därför tillåter det kondens att äga rum utöver vad som är möjligt på individuell QD-nivå", tillägger de.
"Den nuvarande demonstrationen av den nya kvasipartikelkondensationen möjliggör nya potentiella tillämpningar för att utveckla ultrasmal avstämbara lasrar. Dessutom är möjligheten att kontrollera kondensflödet och därmed utnyttja det som byggstenar för olika optoelektroniska enheter ett annat spännande område som erbjuds av en sådan perovskite QDs-system", säger teamet.
Mer information: Danqun Mao et al, Observation av övergång från superfluorescens till polaritonkondensation i CsPbBr3 kvantprickfilm, Ljus:vetenskap och tillämpningar (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01378-5
Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
