Exciton-polaritonos PT szimmetria: A felfelé és lefelé irányuló polariton módok közötti közvetlen csatolás egy hatszoros szimmetrikus mikroüregben veszteségmanipulációval a PT-szimmetria megtöréséhez vezet alacsony küszöbű fázisátmenettel. hitel: KAIST
A kvantumrészecskéket előállító új lézer képes újrahasznosítani az elveszett energiát a rendkívül hatékony, alacsony küszöbértékű lézeres alkalmazásokhoz.
A KAIST tudósai olyan lézerrendszert készítettek, amely szobahőmérsékleten rendkívül interaktív kvantumrészecskéket állít elő. Eredményeiket a folyóiratban tették közzé Nature fotonika, egyetlen mikroüreges lézerrendszerhez vezethet, amely alacsonyabb küszöbenergiát igényel az energiaveszteség növekedésével.
A KAIST fizikusa, Yong-Hoon Cho és munkatársai által kifejlesztett rendszerben a fényt egyetlen hatszögletű alakú mikroüregen keresztül világítják meg, amelyet veszteségmodulált szilícium-nitrid szubsztráttal kezeltek. A rendszer kialakítása egy polariton lézer szobahőmérsékleten történő előállításához vezet, ami azért izgalmas, mert ez általában kriogén hőmérsékletet igényel.
A kutatók ennek a kialakításnak egy másik egyedi és intuitív tulajdonságát is felfedezték. A lézeres működés során általában energiaveszteség történik. De ebben a rendszerben az energiaveszteség növekedésével a lézerezéshez szükséges energia mennyisége csökkent. Ennek a jelenségnek a kiaknázása nagy hatásfokú, alacsony küszöbű lézerek kifejlesztéséhez vezethet a jövőbeni kvantumoptikai eszközök számára.
„Ez a rendszer a kvantumfizika paritás-idő-fordítási szimmetriaként ismert koncepcióját alkalmazza” – magyarázza Cho professzor. „Ez egy fontos platform, amely lehetővé teszi az energiaveszteség nyereségként való felhasználását. Használható a lézer küszöbenergiájának csökkentésére a klasszikus optikai eszközök és érzékelők, valamint a kvantumeszközök és a fény irányának szabályozására.
A lényeg a design és az anyagok. A hatszögletű mikroüreg két különböző módra osztja a fényrészecskéket: az egyik a hatszög felfelé néző háromszögén, a másik pedig a lefelé néző háromszögén halad át. A fényrészecskék mindkét módusának energiája és útja azonos, de nem lépnek kölcsönhatásba egymással.
A fényrészecskék azonban kölcsönhatásba lépnek más, excitonoknak nevezett részecskékkel, amelyeket a félvezetőkből álló hatszögletű mikroüreg biztosít. Ez a kölcsönhatás új kvantumrészecskék, úgynevezett polaritonok keletkezéséhez vezet, amelyek azután egymással kölcsönhatásba lépve létrehozzák a polaritonlézert. A mikroüreg és a félvezető szubsztrát közötti veszteség mértékének szabályozásával egy érdekes jelenség jön létre, amikor az energiaveszteség növekedésével a küszöbenergia csökken.
Hivatkozás: Hyun Gyu Song, Minho Choi, Kie Young Woo, Chung Hyun Park és Yong-Hoon Cho „Szobahőmérsékletű polaritonikus nem hermitikus rendszer egyetlen mikroüreggel”, 10. június 2021. Nature fotonika.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00820-z
A kutatást a Samsung Tudományos és Technológiai Alapítvány és a Koreai Nemzeti Kutatási Alapítvány támogatta.
