Войти
Бозе-эйнштейновская конденсация поляритонов - это растущая область исследований в области полупроводниковой оптики, которая демонстрирует спонтанную когерентность, аналогичную лазеру, но через другой механизм. Непрерывный переход от конденсации поляритонов к генерации может быть аналогичен переходу от конденсата Бозе – Эйнштейна к БКШ-состоянию в контексте Ферми. газы. Поляритонную конденсацию иногда называют «генерацией без инверсии».
Поляритоны - это бозонные квазичастицы, которые можно рассматривать как одетые фотоны. В оптическом резонаторе фотоны имеют эффективную массу, и когда оптический резонанс в полости приближается по энергии к электронному резонансу (обычно экситон ) в среде внутри полости фотоны становятся сильно взаимодействующими и отталкиваются друг от друга. Поэтому они действуют как атомы, которые могут приближаться к равновесию из-за их столкновений друг с другом, и могут подвергаться конденсации Бозе-Эйнштейна (БЭК) при высокой плотности или низкой температуре. Затем бозе-конденсат поляритонов излучает когерентный свет, как лазер. Поскольку механизм возникновения когерентности - это взаимодействия между поляритонами, а не оптическое усиление, возникающее в результате инверсии, пороговая плотность может быть довольно низкой.
Теория поляритонного БЭК была впервые предложена Атаком Имамоглу и соавторами, включая Йошихиса Ямамото. Эти авторы заявили о наблюдении этого эффекта в следующей статье, но в конечном итоге было показано, что это стандартная генерация. В более поздней работе, проведенной в сотрудничестве с исследовательской группой Жаклин Блох, структура была изменена, чтобы включить несколько квантовых ям внутри полости, чтобы предотвратить насыщение экситонного резонанса, и в 2002 году доказательства того, что Сообщалось о неравновесной конденсации, которая включала фотон-фотонные корреляции, согласующиеся со спонтанной когерентностью. Более поздние экспериментальные группы использовали, по сути, тот же дизайн. В 2006 году группа Бенуа Дево с соавторами представила первое широко признанное утверждение о неравновесной бозе-эйнштейновской конденсации поляритонов, основанное на измерении импульсного распределения поляритонов. Хотя система не находилась в равновесии, был виден четкий пик в основном состоянии системы, что является каноническим предсказанием BEC. Оба этих эксперимента создали поляритонный газ в неконтролируемом свободном расширении. В 2007 году экспериментальная группа Дэвида Сноука продемонстрировала неравновесную бозе-эйнштейновскую конденсацию поляритонов в ловушке, подобно тому, как атомы удерживаются в ловушках в экспериментах по бозе-эйнштейновской конденсации. Наблюдение конденсации поляритонов в ловушке имело большое значение, поскольку поляритоны были смещены из пятна лазерного возбуждения, так что этот эффект нельзя было отнести к простому нелинейному эффекту лазерного света. Жаклин Блох и соавторы наблюдали конденсацию поляритонов в 2009 году, после чего многие другие экспериментаторы воспроизвели этот эффект (обзоры см. В библиографии). Доказательства сверхтекучести поляритонов были представлены Альберто Амо и его сотрудниками на основе подавленного рассеяния поляритонов во время их движения. Этот эффект был замечен совсем недавно при комнатной температуре, что является первым доказательством комнатной температуры сверхтекучести, хотя и в сильно неравновесной системе.
Первая наглядная демонстрация бозе-эйнштейновской конденсации поляритонов в равновесии была проведена сотрудниками Дэвида Сноука, Кита Нельсона и коллег, используя высококачественные конструкции, изготовленные Лореном Пфайффером и Кеном Уэстом в Принстоне. До этого результата всегда наблюдались неравновесные поляритонные конденсаты. Во всех вышеуказанных исследованиях для создания конденсата использовалась оптическая накачка. Электрическая инжекция, которая позволяет использовать поляритонный лазер, который может быть практическим устройством, была продемонстрирована в 2013 году двумя группами.
Поляритонные конденсаты являются примером, и наиболее хорошо изученным примером, бозе-эйнштейновской конденсации квазичастиц. Поскольку в большинстве экспериментальных работ по поляритонным конденсатам использовались структуры с очень коротким временем жизни поляритонов, большая часть теории касалась свойств неравновесной конденсации и сверхтекучести. В частности, Джонатан Килинг, Якопо Карузотто и Чиути показали, что хотя конденсат с диссипацией не является «истинной» сверхтекучей жидкостью, он все же имеет критическую скорость для возникновения сверхтекучих эффектов.
