Instytut Optyki i Maszyn Precyzyjnych w Szanghaju czyni postępy w synergistycznej polaryzacji ekscytonów Kondensacja ekscytonów Bosego-Einsteina

Niedawno zespół badaczy Dong Hongxinga i Zhang Longa z Centrum Badań Materiałów Optycznych Podczerwonych, Wydział Zaawansowanych Materiałów Laserowych i Funkcjonalnych Optoelektronicznych, Szanghajski Instytut Optyki Precyzyjnych Maszyn, Chińskiej Akademii Nauk (SIPM), we współpracy z East China Normal University (ECNU), rozwiązał proces kinetyczny i jego mechanizm fizyczny przejścia fazowego od superfluorescencji do synergistycznie spolaryzowanego ekscytonowo koalescencji ekscytonów w oparciu o cienkowarstwowy układ kropek kwantowych chalkogenidku, a powiązane wyniki badań opublikowano jako Powiązane wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Observation of Transition from Superfluorescence to Polariton Condensation in CsPbBr3 Quantum Dots Film”. - Science & Applications.
Duża liczba dipoli jest spontanicznie synchronizowana przez pole próżniowe, tworząc makroskopowy moment dipolowy i wytwarzając krótki i intensywny błysk światła, tzw. superfluorescencję. Hiperfluorescencja jest idealną platformą do badania mechanizmu korelacji wielu ciał w układach ekscytonowych i do opracowywania jasnych kwantowych źródeł światła i ultraszybkich technologii optycznych. Tymczasem cechy kooperacyjnych ekscytonów o wyższej intensywności wibronowej sprzyjają badaniu nieliniowych właściwości kooperacyjnych ekscytonów i łatwiej jest zrealizować koalescencję kooperacyjnych ekscytonów spolaryzowanych ekscytonami, co może pomóc w rozszerzeniu zastosowań w dziedzinach bramek logicznych kwantowych, wzbudzeń stanów topologicznych itd. Obecnie nadal istnieje luka w badaniu regulacji siły sprzężenia między światłem a kooperacyjnymi stanami materii oraz mechanizmu przejścia fazowego od hiperfluorescencji do kondensacji ekscytonów spolaryzowanych współekscytonowo. Zrozumienie dostrojenia siły sprzężenia między światłem a współpracującymi stanami materii w oparciu o układ kropek kwantowych oraz rozwiązanie problemu ultraszybkiej przemiany fazowej regulowanej przez pole optyczne wnęki mają kluczowe znaczenie dla dalszego rozwoju i zastosowań urządzeń kwantowych.
W związku z tym badacze zaproponowali wprowadzenie zewnętrznej wnęki w celu dostrojenia siły sprzężenia światła i kooperacyjnych ekscytonów, w oparciu o rozproszoną półwnękę reflektora Bragga na strukturze cienkich warstw kropek kwantowych chalkogenidu, co udowodniło silne zjawisko sprzężenia między kooperacyjnymi ekscytonami i trybem Bragga, rozszczepienie Rabiego o energii 21,6 meV. Ponadto w trakcie badania zaobserwowano również zjawisko koalescencji kooperacyjnej polaryzacji ekscytonów. Zaangażowane skorelowane ekscytony wykazują znaczące wzmocnienie sprzężenia, zjawisko to jest spowodowane głównie losową synchronizacją faz spowodowaną efektem synergistycznym indukowanych ekscytonów, co skutkuje powstawaniem makroskopowych momentów dipolowych o spójnych kierunkach polaryzacji. Realizacja nowej quasi-cząstki kondensacji Bosego-Einsteina zapewnia nowe możliwości rozwoju ultrawąskich laserów strojonych. Ponadto, właściwość dwóch materii optycznych synergistycznej kondensacji ekscytonów spolaryzowanych ekscytonami sprzyja potencjalnym zastosowaniom synergistycznej kondensacji ekscytonów spolaryzowanych ekscytonami w symulacjach kwantowych, niekonwencjonalnych źródłach światła spójnego i całkowicie optycznych urządzeniach logicznych o polaryzacji.
Praca ta jest wspierana przez Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych, Szanghajski Program Młodych Talentów, Szanghajski Program Wiodących Talentów i inne programy.

Rys. 1 (a) Schematyczna struktura warstwy kropek kwantowych na podłożu DBR; (b) widma hiperfluorescencji warstwy kropek kwantowych na podłożu krzemowym i widma odbicia podłoża DBR; (c) Widma fotoluminescencji kątowo-rozdzielczej cienkiej warstwy supersieci kropek kwantowych na DBR; (d) Obliczenie gęstości stanów spolaryzowanego ekscytonu w zależności od kąta i długości fali; (e) wykres pochodnej drugiego rzędu z rys. (c); i (f) Widma odbicia kątowo-rozdzielcze DBR.