Экситон-поляритонная PT-симметрия: прямая связь между восходящими и нисходящими поляритонными модами в шестикратной симметричной микрополости с манипуляцией потерями приводит к нарушению PT-симметрии с низкопороговым фазовым переходом. Предоставлено: KAIST.
Новый лазер, который генерирует квантовые частицы, может повторно использовать потерянную энергию для высокоэффективных лазерных приложений с низким порогом.
Ученые KAIST создали лазерную систему, которая генерирует высоко интерактивные квантовые частицы при комнатной температуре. Их выводы, опубликованные в журнале Nature Photonics, может привести к созданию лазерной системы с одним микрорезонатором, для которой требуется более низкая пороговая энергия по мере увеличения потерь энергии.
Система, разработанная физиком KAIST Йонг-Хун Чо и его коллегами, включает световое излучение через единственную гексагональную микрополость, обработанную подложкой из нитрида кремния с модулированными потерями. Конструкция системы приводит к генерации поляритонного лазера при комнатной температуре, что вызывает восхищение, поскольку обычно для этого требуются криогенные температуры.
Исследователи обнаружили еще одну уникальную и противоречащую интуиции особенность этой конструкции. Обычно во время работы лазера теряется энергия. Но в этой системе, когда потери энергии увеличивались, количество энергии, необходимое для возбуждения генерации, уменьшалось. Использование этого явления может привести к разработке высокоэффективных лазеров с низким порогом для будущих квантово-оптических устройств.
«В этой системе применяется концепция квантовой физики, известная как симметрия обращения четности и времени», - объясняет профессор Чо. «Это важная платформа, которая позволяет использовать потерю энергии в качестве выигрыша. Его можно использовать для снижения пороговой энергии лазера для классических оптических устройств и датчиков, а также для квантовых устройств и управления направлением света ».
Главное - это дизайн и материалы. Гексагональная микрополость делит легкие частицы на две разные формы: одна проходит через обращенный вверх треугольник шестиугольника, а другая проходит через обращенный вниз треугольник. Оба вида легких частиц имеют одинаковую энергию и путь, но не взаимодействуют друг с другом.
Однако легкие частицы действительно взаимодействуют с другими частицами, называемыми экситонами, благодаря гексагональной микрополости, которая состоит из полупроводников. Это взаимодействие приводит к генерации новых квантовых частиц, называемых поляритонами, которые затем взаимодействуют друг с другом, образуя поляритонный лазер. Контролируя степень потерь между микрополостью и полупроводниковой подложкой, возникает любопытное явление, когда пороговая энергия становится меньше по мере увеличения потерь энергии.
Источник: «Поляритонная неэрмитова система при комнатной температуре с одной микрополостью» Хён Гю Сон, Минхо Чой, Ки Ён У, Чон Хён Пак и Ён-Хун Чо, 10 июня 2021 г., Nature Photonics.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00820-Z
Это исследование было поддержано Фондом науки и технологий Samsung и Национальным исследовательским фондом Кореи.
