Конденсация экситон-поляритона основного состояния при когерентном воздействии Флоке
Международная исследовательская группа под руководством Александра Кузнецова из Института твердотельной электроники им. Пауля Друде (PDI) в Берлине продемонстрировала принципиально новый способ управления конденсацией гибридных свето-материальных частиц. Используя когерентное акустическое воздействие для динамического изменения энергетического ландшафта полупроводниковой микрополости, учёные добились детерминированного управления макроскопическим квантовым состоянием и перевода его в конфигурацию с наименьшей энергией. Результаты опубликованы в журнале Nature Photonics. Управление неравновесными квантовыми системами является центральной задачей физики конденсированных сред. Демонстрируя детерминированное управление управляемым многочастичным конденсатом на твердотельной платформе, данная работа устанавливает полупроводниковые микрорезонаторы в качестве платформы для динамической квантовой инженерии и предлагает новые пути к созданию перестраиваемых, сверхбыстрых когерентных источников света, актуальных для фотоники и оптоэлектроники.
Рис. Концепция микрорезонаторного лазера на основе экситон-поляритонов с управлением фононами, генерирующего перестраиваемые сверхбыстрые световые импульсы. Изображение: PDI/Александр Кузнецов.
В работе рассматриваются экситонные поляритоны — квазичастицы, возникающие при сильном взаимодействии света, локализованного в микрорезонаторе, с электронными возбуждениями в полупроводнике. Поскольку они ведут себя как бозоны, экситонные поляритоны могут подвергаться неравновесной бозе-эйнштейновской конденсации, образуя когерентное макроскопическое квантовое состояние, излучающее свет с лазерными свойствами.
В экспериментах акустическая волна гигагерцовой частоты периодически модулировала энергетические уровни системы, изменяя структуру конденсата и переводя популяцию в состояние с наименьшей энергией. В результате излучение демонстрировало один доминирующий уровень с гребенкой спектральных линий с частотой повторения в гигагерцах и корреляциями пикосекундного масштаба.
Механизм описывается в рамках когерентного флокетовского воздействия. Периодическая модуляция изменяет баланс между экситонными и фотонными компонентами и позволяет контролируемо заполнять квантовые состояния. Теоретическая модель воспроизводит наблюдаемую динамику и объясняет перенос населенности взаимодействием между бозонным возбуждением и адиабатическими переходами типа Ландау-Зенера.
