Екситонно-поляритонна PT-симетрія: прямий зв’язок між висхідними та низхідними поляритонними модами в шестикратній симетричній мікропорожнині з маніпулюванням втратами призводить до порушення PT-симетрії з низькопороговим фазовим переходом. Авторство: KAIST
Новий лазер, який генерує квантові частинки, може переробляти втрачену енергію для високоефективних лазерних застосувань з низьким порогом.
Вчені з KAIST створили лазерну систему, яка генерує високоінтерактивні квантові частинки при кімнатній температурі. Їх висновки опубліковані в журн Природа Фотоніка, може призвести до лазерної системи з одним мікрорезонатором, яка потребує нижчого порогового значення енергії, оскільки її втрати енергії збільшуються.
Система, розроблена фізиком KAIST Йонг-Хуном Чо та його колегами, включає сяюче світло через єдину мікропорожнину шестикутної форми, оброблену підкладкою з нітриду кремнію з модуляцією втрат. Конструкція системи веде до генерації поляритонного лазера при кімнатній температурі, що є захоплюючим, оскільки для цього зазвичай потрібні кріогенні температури.
Дослідники виявили ще одну унікальну та неінтуїтивну особливість цього дизайну. Зазвичай енергія втрачається під час роботи лазера. Але в цій системі зі збільшенням втрати енергії кількість енергії, необхідної для індукції генерації, зменшувалася. Використання цього явища може призвести до розробки високоефективних лазерів з низьким порогом для майбутніх квантових оптичних пристроїв.
«Ця система застосовує концепцію квантової фізики, відому як зворотна симетрія паритет-час», — пояснює професор Чо. «Це важлива платформа, яка дозволяє використовувати втрату енергії як прибуток. Його можна використовувати для зменшення порогової енергії лазера для класичних оптичних пристроїв і датчиків, а також для квантових пристроїв і керування напрямком світла».
Головне – дизайн і матеріали. Гексагональна мікропорожнина розділяє частинки світла на дві різні моди: одна, яка проходить через спрямований вгору трикутник шестикутника, і інша, яка проходить через його трикутник, спрямований вниз. Обидві моди легких частинок мають однакову енергію та шлях, але не взаємодіють одна з одною.
Однак частинки світла взаємодіють з іншими частинками, званими екситонами, створеними гексагональною мікропорожниною, яка складається з напівпровідників. Ця взаємодія призводить до генерації нових квантових частинок, званих поляритонами, які потім взаємодіють одна з одною, створюючи поляритонний лазер. Керуючи ступенем втрат між мікропорожниною та напівпровідниковою підкладкою, виникає інтригуюче явище, коли порогова енергія стає меншою зі збільшенням втрат енергії.
Довідка: «Поляритонна неермітова система при кімнатній температурі з єдиною мікропорожниною» Хюн Гю Сонг, Мінхо Чой, Кі Янг Ву, Чон Хюн Пак і Йон-Хун Чо, 10 червня 2021 р., Природа Фотоніка.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00820-Z
Це дослідження було підтримано Науково-технологічним фондом Samsung і Національним дослідницьким фондом Кореї.
