Team skaber samarbejdende exciton-polariton-kondensat

Superfluorescens (SF), som en kooperativ strålingseffekt, der stammer fra vakuumkvantefluktuationer, er en ideel platform til at studere mangekropskorrelationsmekanismer i et exciton-ensemble og til at udvikle optisk ultrahurtige teknikker på skarpe kvantelyskilder. For nylig har observationer af superfluorescenseffekter baseret på forskellige strålingsmaterialer eller under forskellige arbejdstemperaturer været et varmt emne. Nuværende værker fokuserer dog hovedsageligt på at studere og diskutere selve SF's etablering.

I et nyt papir offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Zheng Sun og professor Wei Xie og kolleger fra State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University i Shanghai har foreslået udviklingen af ​​superfluorescensfeltet i kombination med forskningsfeltet polaritoner.

Eksplicit hævder de for første gang ikke kun at observere superfluorescenseffekten, men også at kontrollere den kollektive tilstand af dipolensemblet ved at inkludere en ny regulatorisk dimension af kobling af lysfelter. Deres eksperimentelle og teoretiske arbejde, beskrevet i dette papir, giver stærke beviser for at afsløre en ny kvasipartikel af cooperativ exciton-polariton (CEP) og faseovergangen fra superfluorescens til CEP-kondensation.

De demonstrerer en let-stof-hybridstruktur af en perovskit-kvanteprikfilm og et simpelt halvlags Bragg-spejl. Den kooperative exciton-polariton er formaliseret ved at koble et ensemble af synkroniserede exctions til en valgt optisk Bragg-tilstand. Over tæthedstærsklen forekommer kondensation ved en momentumtilstand, der ikke er nul, på den nedre polaritongren på grund af den vitale rolle, som kooperative udskæringer spiller. Faseovergangen udviser nøglesignaturer for et fald i linjebredden, en stigning i den makroskopiske sammenhæng samt en accelereret strålingsnedbrydningshastighed.

Forskerne opsummerer den underliggende fysiske mekanisme for faseovergangen fra superfluorescens til CEP-kondensering af deres hybridstruktur:"Vi demonstrerer den stærke kobling mellem de kooperative excitoner og Bragg-fotoner i et perovskit QDs-baseret halvhulrum med en Rabi-spaltning på 21,6 meV ."

"Vi opnår den kooperative exciton-polariton kondensation. De involverede korrelerede excitoner har vist sig at forbedre koblingsstyrken betydeligt, hvilket kan tilskrives den kooperative effekt, der inducerer synkroniseringen af ​​de tilfældige faser af excitonen, der skal justeres for at danne en kæmpe dipol. Derfor tillader det kondens at finde sted ud over, hvad der er muligt på det individuelle QD-niveau," tilføjer de.

"Den nuværende demonstration af den nye kvasipartikelkondensering muliggør nye potentielle applikationer til udvikling af ultrasnævre afstembare lasere. Derudover er muligheden for at kontrollere kondensationsstrømmen og dermed udnytte den som byggesten for forskellige optoelektroniske enheder et andet spændende område, som en sådan enheder tilbyder. perovskite QDs-system," siger teamet.

Flere oplysninger: Danqun Mao et al., Observation af overgang fra superfluorescens til polaritonkondensation i CsPbBr₃ kvanteprikkerfilm, Lys:Videnskab og applikationer (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01378-5

Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer

Leveret af Chinese Academy of Sciences