Polaritono BIC. a, Rappresentazione della guida d'onda polaritone con reticolo 1D parzialmente inciso. b, Dipendenza degli estremi di banda superiore ed inferiore in kx = 0 dalla frazione di aria del reticolo (wa/a), con colori corrispondenti al fattore Q , come calcolato da FDTD. Inset, dispersione calcolata delle modalità di reticolo (senza risonanza degli eccitoni); lo spessore della linea rappresenta la larghezza delle corrispondenti risonanze fotoniche per wa = 0,25a (linea verticale rossa). c, Dispersione di polaritoni in funzione di kx nell'intervallo di energia attorno alla transizione eccitonica (linea tratteggiata verde), calcolata da un modello di oscillatori accoppiati:i risultati FDTD delle componenti fotoniche sono accoppiati alla risonanza eccitonica; i colori sono una rappresentazione lineare della frazione eccitonica per ciascun modo compreso tra 0 (fotone) e 1 (eccitone). d, Emissione di fotoluminescenza risolta in angolo sotto eccitazione non risonante da un reticolo con passo a ≈ 240 nm e fattore di riempimento FF ≈ 0,7. La macchia scura a E ≈ 1.519 eV sul ramo del polaritone inferiore deriva dal polaritone BIC. Il modello degli oscillatori accoppiati (linea tratteggiata blu) viene utilizzato per adattare la dispersione del polaritone, come in c. e, Energie di picco estratte sperimentalmente e corrispondente HWHM (scala di colori) dalle due modalità di polaritone visibili in d in funzione di kx. I punti più vicini a kx ≈ 0 non possono essere caratterizzati, a causa della mancanza di segnale dallo stato oscuro. f, durata risolta in energia dei polaritoni di propagazione dal ramo che ospita la modalità BIC che corrisponde alla frazione di eccitoni 0,5 (|X|2). Le barre di errore (gialle) vengono riportate in modo esplicito, con dimensioni crescenti avvicinandosi all'energia BIC (linea tratteggiata verticale). g, Dispersione dei modi polaritoni in funzione di kx e ky, estratti da spettri sperimentali. La dispersione del ramo inferiore forma chiaramente una sella, con un minimo lungo ky ed un massimo lungo kx. h, Dispersione del polaritone calcolata lungo kx e ky, ottenuta dal modello di oscillatori accoppiati, come in c e d. I colori in g, h corrispondono all'asse dell'energia, aumentando da scuro a chiaro. Credito:Natura (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04583-7
Un team di fisici del CNR-Nanotec di Lecce, dell'Università di Pavia, dell'Università di Princeton e dell'Università di Lione ha dimostrato la condensazione di Bose-Einstein utilizzando una guida d'onda planare in cui i pozzi quantistici di semiconduttori erano fortemente accoppiati a uno stato legato in un continuum (BIC). Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature , il gruppo descrive come hanno progettato e costruito una guida d'onda supportata da BIC e l'hanno utilizzata per dimostrare la condensazione del polaritone Bose-Einstein.
I BIC sono stati topologici in un sistema quantistico che hanno proprietà uniche:la loro energia è nello spettro dei modi che si propagano nello spazio che li circonda. Non interagiscono con altri stati in un continuum e la loro energia, che è considerata reale, ha un fattore Q infinito. Inoltre non possono irradiarsi in un campo lontano. Tali stati possono esistere nei sistemi acustici, elettronici e fotonici. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno lavorato con loro in un sistema fotonico, in cui i cristalli vengono utilizzati per migliorare i loro effetti non lineari.
Il lavoro del gruppo prevedeva l'uso delle proprietà di un BIC per dimostrare la condensazione del polaritone Bose-Einstein (dove un gas si raffredda fino a quasi lo zero assoluto formando un nuovo stato della materia) in una guida d'onda planare (un dispositivo che guida la luce in una direzione verticale .)
Nel loro lavoro, i ricercatori hanno costruito una guida d'onda utilizzando 12 strati di arseniuro di gallio, ogni strato era separato da barriere. I cinque strati nella parte superiore sono stati quindi incisi con un reticolo 1D progettato per garantire uno stato BIC risonante con l'eccitazione dei pozzi quantistici negli strati. In questo modo si assicurava anche che la materia e la luce fossero fortemente accoppiate. Ciò ha portato alla formazione di eccitoni-polaritoni che, a causa del BIC, erano localizzati e avevano una larghezza di linea infinitamente stretta.
I ricercatori hanno quindi utilizzato il loro dispositivo utilizzando impulsi laser puntati sulla guida d'onda e, così facendo, hanno mostrato la condensazione del polaritone Bose-Einstein:hanno osservato emissioni a doppio picco vicino ai bordi BIC, la larghezza della linea si restringe e l'aspetto di uno spostamento verso il blu. Hanno anche mostrato che le proprietà BIC viste dai polaritoni erano sia al di sopra che al di sotto del livello di soglia di eccitazione associato alla condensazione. + Esplora ulteriormente
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