stringtranslate.com

Экситон-поляритон

В физике экситон -поляритон — это тип поляритона ; гибридная квазичастица света и материи , возникающая из-за сильной связи электромагнитных дипольных колебаний экситонов (либо в объеме, либо в квантовых ямах ) и фотонов . [1] Поскольку световые возбуждения классически наблюдаются как фотоны , которые являются безмассовыми частицами, они, следовательно, не имеют массы , как физическая частица. Это свойство делает их квазичастицами .

Теория

Связь двух осцилляторов, фотонных мод в полупроводниковой оптической микрополости и экситонов квантовых ям , приводит к антипересечению энергии голых осцилляторов, что приводит к появлению двух новых нормальных мод для системы, известных как верхний и нижний поляритонные резонансы (или ветви). Сдвиг энергии пропорционален силе связи (зависящей, например, от перекрытия поля и поляризации). Более высокая энергия или верхняя мода (UPB, верхняя поляритонная ветвь) характеризуется тем, что фотонные и экситонные поля колеблются в фазе, в то время как мода LPB (нижняя поляритонная ветвь) характеризуется тем, что они колеблются с противофазой. Микрорезонаторные экситон-поляритоны наследуют некоторые свойства от обоих своих корней, такие как легкая эффективная масса (от фотонов) и способность взаимодействовать друг с другом (от сильных нелинейностей экситона) и с окружающей средой (включая внутренние фононы , которые обеспечивают термализацию и выход радиационными потерями). В большинстве случаев взаимодействия являются отталкивательными, по крайней мере, между квазичастицами поляритонов одного и того же типа спина (внутриспиновые взаимодействия), а член нелинейности положителен (увеличение полной энергии или синее смещение при увеличении плотности). [2]

Исследователи также изучили дальний транспорт в органических материалах, связанный с оптическими микрорезонаторами, и продемонстрировали, что экситон-поляритоны распространяются на несколько микрометров. [3] Это было сделано для того, чтобы доказать, что экситон-поляритоны распространяются на несколько микрометров и что взаимодействие между молекулярным беспорядком и дальними корреляциями, вызванными когерентным смешиванием со светом, приводит к переходу подвижности между диффузионным и баллистическим транспортом. [4]

Другие особенности

Поляритоны также характеризуются непараболическими дисперсионными соотношениями энергии и импульса , которые ограничивают применимость параболического приближения эффективной массы небольшим диапазоном импульсов. [5] Они также имеют спиновую степень свободы, что делает их спинорными жидкостями, способными поддерживать различные текстуры поляризации . Экситон-поляритоны являются составными бозонами , которые можно наблюдать для образования конденсатов Бозе-Эйнштейна , [6] [7] [8] [9] и поддержания сверхтекучести поляритонов и квантовых вихрей [10] и рассматриваются для новых технологических приложений. [11] Многие экспериментальные работы в настоящее время сосредоточены на поляритонных лазерах , [12] оптически адресуемых транзисторах , [13] нелинейных состояниях, таких как солитоны и ударные волны, свойствах дальнодействующей когерентности и фазовых переходах , квантовых вихрях и спинорных узорах. Моделирование экситон-поляритонных жидкостей в основном основано на использовании GPE ( уравнений Гросса-Питаевского ), которые имеют форму нелинейных уравнений Шредингера . [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ SI Pekar (1958). «Теория электромагнитных волн в кристалле с экситонами». Журнал физики и химии твердого тела . 5 (1–2): 11–22. Bibcode :1958JPCS....5...11P. doi :10.1016/0022-3697(58)90127-6.
  2. ^ Владимирова, М; и др. (2010). "Константы взаимодействия поляритонов с поляритонами в микрорезонаторах". Physical Review B. 82 ( 7): 075301. Bibcode :2010PhRvB..82g5301V. doi :10.1103/PhysRevB.82.075301.
  3. ^ Georgi Gary Rozenman; Katherine Akulov; Adina Golombek; Tal Schwartz (2018). «Транспорт органических экситонов-поляритонов на большие расстояния, выявленный с помощью сверхбыстрой микроскопии». ACS Photonics . 5 (1): 105–110. doi :10.1021/acsphotonics.7b01332.
  4. ^ Баласубрахманиям; Арье Симхович; Адина Голомбек; Гал Сандик; Гай Анконина; Тал Шварц (2023). «От усиленной диффузии к сверхбыстрому баллистическому движению гибридных возбуждений света и материи». Nature Materials . 22 (3): 338. arXiv : 2205.06683 . doi :10.1038/s41563-022-01463-3.
  5. ^ Пинскер, Ф.; Руан, Х.; Александр, Т. (2017). «Влияние непараболической кинетической энергии на неравновесные поляритонные конденсаты». Scientific Reports . 7 (1891): 1891. arXiv : 1606.02130 . Bibcode :2017NatSR...7.1891P. doi :10.1038/s41598-017-01113-8. PMC 5432531 . PMID  28507290. 
  6. ^ Дэн, Х (2002). «Конденсация экситонных поляритонов полупроводниковой микрорезонаторы». Science . 298 (5591): 199–202. Bibcode :2002Sci...298..199D. doi :10.1126/science.1074464. PMID  12364801. S2CID  21366048.
  7. ^ Kasprzak, J (2006). "Бозе-эйнштейновская конденсация экситонных поляритонов". Nature . 443 (7110): 409–14. Bibcode :2006Natur.443..409K. doi :10.1038/nature05131. PMID  17006506.
  8. ^ Дэн, Х (2010). «Экситонно-поляритонная конденсация Бозе–Эйнштейна». Обзоры современной физики . 82 (2): 1489–1537. Bibcode : 2010RvMP...82.1489D. doi : 10.1103/RevModPhys.82.1489. S2CID  122733835.
  9. ^ Byrnes, T.; Kim, NY; Yamamoto, Y. (2014). «Экситон–поляритонные конденсаты». Nature Physics . 10 (11): 803. arXiv : 1411.6822 . Bibcode :2014NatPh..10..803B. doi :10.1038/nphys3143.
  10. ^ Доминичи, Л.; Дагвадорж, Г.; Феллоуз, Дж. М.; и др. (2015). «Динамика вихрей и полувихрей в нелинейной спинорной квантовой жидкости». Science Advances . 1 (11): e1500807. arXiv : 1403.0487 . Bibcode : 2015SciA....1E0807D. doi : 10.1126 /sciadv.1500807 . PMC 4672757. PMID  26665174. 
  11. ^ Санвитто, Д.; Кена-Коэн, С. (2016). «Дорога к поляритонным устройствам». Nature Materials . 15 (10): 1061–73. Bibcode : 2016NatMa..15.1061S. doi : 10.1038/nmat4668. PMID  27429208.
  12. ^ Шнайдер, К.; Рахими-Иман, А.; Ким, Нью-Йорк; и др. (2013). «Электрически накачиваемый поляритонный лазер». Nature . 497 (7449): 348–352. Bibcode :2013Natur.497..348S. doi :10.1038/nature12036. PMID  23676752.
  13. ^ Балларини, Д.; Де Джорджи, М.; Канчельери, Э.; и др. (2013). «Полностьюоптический поляритонный транзистор». Природные коммуникации . 4 (2013): 1778. arXiv : 1201.4071 . Бибкод : 2013NatCo...4E1778B. дои : 10.1038/ncomms2734 . ПМИД  23653190.
  14. ^ Moxley, Frederick Ira; Byrnes, Tim; Ma, Baoling; Yan, Yun; Dai, Weizhong (2015). "Схема G-FDTD для решения многомерных открытых диссипативных уравнений Гросса–Питаевского". Journal of Computational Physics . 282 : 303–316. Bibcode : 2015JCoPh.282..303M. doi : 10.1016/j.jcp.2014.11.021. ISSN  0021-9991.

Внешние ссылки