Экситон-поляритон

В физике экситон -поляритон — это разновидность поляритона ; гибридная света и материи квазичастица , возникающая в результате сильной связи электромагнитных диполярных колебаний экситонов (в объемных или 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

Соединение двух осцилляторов, фотонных мод в полупроводниковом оптическом микрорезонаторе и экситонов квантовых ям , приводит к энергетическому антипересечению затравочных осцилляторов, приводя к появлению двух новых нормальных мод для системы, известных как верхний и нижний поляритон. резонансы (или ветви). Энергетический сдвиг пропорционален силе связи (зависящей, например, от перекрытия поля и поляризации). Высшая энергия или верхняя мода (UPB, верхняя поляритонная ветвь) характеризуется синфазными колебаниями фотонных и экситонных полей, тогда как мода LPB (нижняя поляритонная ветвь) характеризуется тем, что они колеблются в противофазе. Микрорезонаторные экситон-поляритоны наследуют некоторые свойства от обоих своих корней, такие как легкая эффективная масса (от фотонов) и способность взаимодействовать друг с другом (из сильных экситонных нелинейностей) и с окружающей средой (включая внутренние фононы , которые обеспечивают термализацию и выход за счет радиационных потерь). 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 синего смещения при увеличении плотности). ^[2]

Исследователи также изучили перенос на большие расстояния в органических материалах, связанный с оптическими микрополостями, и продемонстрировали, что экситон-поляритоны распространяются на расстояние в несколько микрон. ^[3] Это было сделано для того, чтобы доказать, что экситон-поляритоны распространяются на расстояние в несколько микрон и что взаимодействие между молекулярным беспорядком и дальнодействующими корреляциями, вызванными когерентным смешиванием со светом, приводит к переходу подвижности между диффузионным и баллистическим транспортом. ^[4]

Другие особенности

Поляритоны также характеризуются непараболическими энергии и импульса соотношениями дисперсии , которые ограничивают применимость параболического приближения эффективной массы небольшим диапазоном импульсов. ^[5]У них также есть спиновая степень свободы, что делает их спинорными жидкостями, способными поддерживать различные текстуры поляризации . Экситон-поляритоны представляют собой составные бозоны, которые, как можно наблюдать, образуют конденсаты Бозе-Эйнштейна . ^[6]^[7]^[8]^[9]и поддерживать сверхтекучесть поляритонов и квантовые вихри ^[10] и перспективны для новых технологических приложений. ^[11] Многие экспериментальные работы в настоящее время посвящены поляритонным лазерам . ^[12] оптически адресованные транзисторы , ^[13] нелинейные состояния, такие как солитоны и ударные волны, свойства дальней когерентности и фазовые переходы , квантовые вихри и спинорные структуры. Моделирование экситон-поляритонных жидкостей в основном основано на использовании ГПЭ ( уравнений Гросса – Питаевского ), которые имеют форму нелинейных уравнений Шрёдингера . ^[14]

См. также

Ссылки

^ С.И. Пекар (1958). «Теория электромагнитных волн в кристалле с экситонами». Журнал физики и химии твердого тела . 5 (1–2): 11–22. Бибкод : 1958JPCS....5...11P . дои : 10.1016/0022-3697(58)90127-6 .
^ Владимирова, М; и др. (2010). «Константы поляритон-поляритонного взаимодействия в микрорезонаторах». Физический обзор B . 82 (7): 075301. Бибкод : 2010PhRvB..82g5301V . дои : 10.1103/PhysRevB.82.075301 .
^ Джорджи Гэри Розенман; Катерина Акулова; Адина Голомбек; Таль Шварц (2018). «Перенос органических экситон-поляритонов на большие расстояния, обнаруженный с помощью сверхбыстрой микроскопии». АСУ Фотоника . 5 (1): 105–110. doi : 10.1021/acsphotonics.7b01332 .
^ Баласубрахманиям; Арье Симхович; Адина Голомбек; Галь Сандик; Гай Анконина; Таль Шварц (2023). «От усиленной диффузии к сверхбыстрому баллистическому движению гибридных возбуждений света и материи». Природные материалы . 22 (3): 338. arXiv : 2205.06683 . дои : 10.1038/s41563-022-01463-3 .
^ Пинскер, Ф.; Руан, X.; Александр, Т. (2017). «Влияние непараболической кинетической энергии на неравновесные поляритонные конденсаты» . Научные отчеты . 7 (1891): 1891. arXiv : 1606.02130 . Бибкод : 2017НатСР...7.1891П . дои : 10.1038/s41598-017-01113-8 . ПМЦ 5432531 . ПМИД 28507290 .
^ Дэн, Х (2002). «Конденсация экситонных поляритонов полупроводниковых микрорезонаторов». Наука . 298 (5591): 199–202. Бибкод : 2002Sci...298..199D . дои : 10.1126/science.1074464 . ПМИД 12364801 . S2CID 21366048 .
^ Каспржак, Дж (2006). «Бозе-Эйнштейновская конденсация экситонных поляритонов». Природа . 443 (7110): 409–14. Бибкод : 2006Natur.443..409K . дои : 10.1038/nature05131 . ПМИД 17006506 .
^ Дэн, Х (2010). «Экситон-поляритонная бозе-эйнштейновская конденсация». Обзоры современной физики . 82 (2): 1489–1537. Бибкод : 2010РвМП...82.1489Д . дои : 10.1103/RevModPhys.82.1489 . S2CID 122733835 .
^ Бирнс, Т.; Ким, Нью-Йорк; Ямамото, Ю. (2014). «Экситон-поляритонные конденсаты». Физика природы . 10 (11): 803. arXiv : 1411.6822 . Бибкод : 2014NatPh..10..803B . дои : 10.1038/nphys3143 .
^ Доминичи, Л; Дагвадорж, Г; Товарищи, Дж. М.; и др. (2015). «Вихревая и полувихревая динамика в нелинейной спинорной квантовой жидкости» . Достижения науки . 1 (11): e1500807. arXiv : 1403.0487 . Бибкод : 2015SciA....1E0807D . дои : 10.1126/sciadv.1500807 . ПМЦ 4672757 . ПМИД 26665174 .
^ Санвитто, Д.; Кена-Коэн, С. (2016). «Путь к поляритонным устройствам». Природные материалы . 15 (10): 1061–73. Бибкод : 2016NatMa..15.1061S . дои : 10.1038/nmat4668 . ПМИД 27429208 .
^ Шнайдер, К.; Рахими-Иман, А.; Ким, Нью-Йорк; и др. (2013). «Поляритонный лазер с электрической накачкой». Природа . 497 (7449): 348–352. Бибкод : 2013Natur.497..348S . дои : 10.1038/nature12036 . ПМИД 23676752 .
^ Балларини, Д.; Де Джорджи, М.; Канчельери, Э.; и др. (2013). «Цельнооптический поляритонный транзистор» . Природные коммуникации . 4 (2013): 1778. arXiv : 1201.4071 . Бибкод : 2013NatCo...4E1778B . дои : 10.1038/ncomms2734 . ПМИД 23653190 .
^ Моксли, Фредерик Айра; Бирнс, Тим; Ма, Баолин; Ян, Юн; Дай, Вэйчжун (2015). «Схема G-FDTD для решения многомерных открытых диссипативных уравнений Гросса – Питаевского». Журнал вычислительной физики . 282 : 303–316. Бибкод : 2015JCoPh.282..303M . дои : 10.1016/j.jcp.2014.11.021 . ISSN 0021-9991 .

Внешние ссылки

[1] С.И. Пекар (1958). «Теория электромагнитных волн в кристалле с экситонами». Журнал физики и химии твердого тела . 5 (1–2): 11–22. Бибкод : 1958JPCS....5...11P . дои : 10.1016/0022-3697(58)90127-6 .

[2] Владимирова, М; и др. (2010). «Константы поляритон-поляритонного взаимодействия в микрорезонаторах». Физический обзор B . 82 (7): 075301. Бибкод : 2010PhRvB..82g5301V . дои : 10.1103/PhysRevB.82.075301 .

[3] Джорджи Гэри Розенман; Катерина Акулова; Адина Голомбек; Таль Шварц (2018). «Перенос органических экситон-поляритонов на большие расстояния, обнаруженный с помощью сверхбыстрой микроскопии». АСУ Фотоника . 5 (1): 105–110. doi : 10.1021/acsphotonics.7b01332 .

[4] Баласубрахманиям; Арье Симхович; Адина Голомбек; Галь Сандик; Гай Анконина; Таль Шварц (2023). «От усиленной диффузии к сверхбыстрому баллистическому движению гибридных возбуждений света и материи». Природные материалы . 22 (3): 338. arXiv : 2205.06683 . дои : 10.1038/s41563-022-01463-3 .

[5] Пинскер, Ф.; Руан, X.; Александр, Т. (2017). «Влияние непараболической кинетической энергии на неравновесные поляритонные конденсаты» . Научные отчеты . 7 (1891): 1891. arXiv : 1606.02130 . Бибкод : 2017НатСР...7.1891П . дои : 10.1038/s41598-017-01113-8 . ПМЦ 5432531 . ПМИД 28507290 .

[6] Дэн, Х (2002). «Конденсация экситонных поляритонов полупроводниковых микрорезонаторов». Наука . 298 (5591): 199–202. Бибкод : 2002Sci...298..199D . дои : 10.1126/science.1074464 . ПМИД 12364801 . S2CID 21366048 .

[7] Каспржак, Дж (2006). «Бозе-Эйнштейновская конденсация экситонных поляритонов». Природа . 443 (7110): 409–14. Бибкод : 2006Natur.443..409K . дои : 10.1038/nature05131 . ПМИД 17006506 .

[8] Дэн, Х (2010). «Экситон-поляритонная бозе-эйнштейновская конденсация». Обзоры современной физики . 82 (2): 1489–1537. Бибкод : 2010РвМП...82.1489Д . дои : 10.1103/RevModPhys.82.1489 . S2CID 122733835 .

[9] Бирнс, Т.; Ким, Нью-Йорк; Ямамото, Ю. (2014). «Экситон-поляритонные конденсаты». Физика природы . 10 (11): 803. arXiv : 1411.6822 . Бибкод : 2014NatPh..10..803B . дои : 10.1038/nphys3143 .

[10] Доминичи, Л; Дагвадорж, Г; Товарищи, Дж. М.; и др. (2015). «Вихревая и полувихревая динамика в нелинейной спинорной квантовой жидкости» . Достижения науки . 1 (11): e1500807. arXiv : 1403.0487 . Бибкод : 2015SciA....1E0807D . дои : 10.1126/sciadv.1500807 . ПМЦ 4672757 . ПМИД 26665174 .

[11] Санвитто, Д.; Кена-Коэн, С. (2016). «Путь к поляритонным устройствам». Природные материалы . 15 (10): 1061–73. Бибкод : 2016NatMa..15.1061S . дои : 10.1038/nmat4668 . ПМИД 27429208 .

[12] Шнайдер, К.; Рахими-Иман, А.; Ким, Нью-Йорк; и др. (2013). «Поляритонный лазер с электрической накачкой». Природа . 497 (7449): 348–352. Бибкод : 2013Natur.497..348S . дои : 10.1038/nature12036 . ПМИД 23676752 .

[13] Балларини, Д.; Де Джорджи, М.; Канчельери, Э.; и др. (2013). «Цельнооптический поляритонный транзистор» . Природные коммуникации . 4 (2013): 1778. arXiv : 1201.4071 . Бибкод : 2013NatCo...4E1778B . дои : 10.1038/ncomms2734 . ПМИД 23653190 .

[14] Моксли, Фредерик Айра; Бирнс, Тим; Ма, Баолин; Ян, Юн; Дай, Вэйчжун (2015). «Схема G-FDTD для решения многомерных открытых диссипативных уравнений Гросса – Питаевского». Журнал вычислительной физики . 282 : 303–316. Бибкод : 2015JCoPh.282..303M . дои : 10.1016/j.jcp.2014.11.021 . ISSN 0021-9991 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]