上海光学精密機械研究所、相乗励起子分極励起子ボーズ・アインシュタイン凝縮で進歩

最近、中国科学院上海光学精密機械研究所先端レーザー・光電機能材料学科赤外線光学材料研究センターの董紅星研究員と張龍研究員のチームは、華東師範大学（ECNU）と共同で、カルコゲニド量子ドット薄膜システムに基づいて、その中での超蛍光から相乗励起子分極励起子合体への相転移の運動過程とその物理的メカニズムを解明し、関連する研究成果を「CsPbBr3量子ドットフィルムにおける超蛍光から分極子凝縮への転移の観察」という学術誌に掲載しました。-Science & Applications。
多数の双極子が真空場によって自発的に同期してマクロな双極子モーメントを形成し、短時間で強力な光のバースト、いわゆる超蛍光を発生させます。超蛍光は、励起子システムの多体相関メカニズムを研究し、明るい量子光源と超高速光学技術を開発するための理想的なプラットフォームです。一方、より高い振動強度を持つ協同励起子の特性は、協同励起子の非線形特性の研究に役立ち、協同励起子分極励起子の合体を実現しやすく、量子論理ゲート、位相状態励起などの分野での応用を拡大するのに役立ちます。現在、光と協同物質状態間の結合強度の制御、および超蛍光から共励起子分極励起子凝縮への相転移メカニズムの研究には依然としてギャップがあります。 量子ドットシステムに基づく光と協力物質状態間の結合強度の調整を実現し、共振器光場によって制御される超高速相転移を解決することは、量子デバイスのさらなる開発と応用にとって重要です。
これを踏まえ、研究者らは、カルコゲニド量子ドット薄膜構造上の分布ブラッグ反射半共振器に基づいて、光と協同励起子の結合強度を調整するための外部共振器の導入を提案し、協同励起子とブラッグモード間の強い結合現象、21.6 meVのラビ分裂を証明しました。さらに、研究の過程で、協同励起子の分極励起子の合体現象も観察されました。関与する相関励起子は、顕著な結合増強を示します。これは主に、励起子の相乗効果によって引き起こされるランダムな位相同期による現象であり、一貫した分極方向を持つマクロな双極子モーメントの形成をもたらします。新しい準粒子ボーズ・アインシュタイン凝縮の実現は、超狭帯域チューナブルレーザーの開発に新たな可能性をもたらします。 さらに、相乗的励起子分極励起子凝縮の 2 つの光学物質特性は、量子シミュレーション、非従来型コヒーレント光源、および全光偏光ロジック デバイスにおける相乗的励起子分極励起子凝縮の潜在的な応用を促進します。
この研究は、中国国家自然科学基金、上海ヤングトップタレントプログラム、上海リーディングタレントプログラムなどのプログラムによって支援されています。

図 1 (a) DBR 基板上の量子ドット膜の概略構造、(b) シリコン基板上の量子ドット膜の超蛍光スペクトルと DBR 基板の反射スペクトル、(c) DBR 上の量子ドット超格子薄膜の角度分解フォトルミネッセンス スペクトル、(d) 角度と波長に対する偏光励起子の状態密度の計算、(e) 図 (c) の 2 次導関数プロット、(f) DBR の角度分解反射スペクトル。