El Instituto de Óptica y Maquinaria de Precisión de Shanghái avanza en la polarización sinérgica de excitones y la condensación de Bose Einstein

Recientemente, el equipo del investigador Dong Hongxing y el investigador Zhang Long del Centro de Investigación de Materiales Ópticos Infrarrojos, Departamento de Materiales Funcionales Láser y Optoelectrónicos Avanzados, Instituto de Maquinaria de Precisión Óptica de Shanghai, Academia China de Ciencias (SIPM), en colaboración con la Universidad Normal del Este de China (ECNU), ha resuelto el proceso cinético y su mecanismo físico de la transición de fase de superfluorescencia a coalescencia de excitón-excitón polarizado sinérgicamente en él basado en el sistema de película delgada de puntos cuánticos de calcogenuro, y los resultados de la investigación relacionada se publicaron como Los resultados de la investigación relacionada se publicaron en la revista "Observación de la transición de superfluorescencia a condensación de polaritón en película de puntos cuánticos CsPbBr3". - Ciencia y aplicaciones.
Una gran cantidad de dipolos se sincronizan espontáneamente mediante un campo de vacío para formar un momento dipolar macroscópico y producir una breve e intensa explosión de luz, la llamada superfluorescencia. La hiperfluorescencia es una plataforma ideal para estudiar el mecanismo de correlación de muchos cuerpos en sistemas de excitones y para desarrollar fuentes de luz cuántica brillantes y tecnologías ópticas ultrarrápidas. Mientras tanto, las características de los excitones cooperativos con mayor intensidad vibrónica son propicias para el estudio de las propiedades no lineales de los excitones cooperativos, y es más fácil lograr la coalescencia de excitones polarizados de excitones cooperativos, lo que puede ayudar a expandir las aplicaciones en los campos de las puertas lógicas cuánticas, las excitaciones de estados topológicos, etc. En la actualidad, todavía existe una brecha en el estudio de la regulación de la fuerza de acoplamiento entre la luz y los estados de materia cooperativa y el mecanismo de transición de fase de la hiperfluorescencia a la condensación de excitones polarizados de coexcitón. La sintonización de la fuerza de acoplamiento entre la luz y los estados de materia cooperativa basados ​​en el sistema de puntos cuánticos y la resolución de la transición de fase ultrarrápida regulada por el campo óptico de la cavidad son cruciales para el desarrollo y la aplicación futuros de dispositivos cuánticos.
En vista de esto, los investigadores propusieron introducir una cavidad externa para sintonizar la fuerza de acoplamiento de la luz y los excitones cooperativos, basándose en la semicavidad del reflector Bragg distribuido en la estructura de la película delgada de puntos cuánticos de calcogenuro, que demostró el fuerte fenómeno de acoplamiento entre los excitones cooperativos y el modo Bragg, la escisión de Rabi de 21,6 meV. Además, en el curso del estudio, también se observó el fenómeno de coalescencia del excitón de polarización de los excitones cooperativos. Los excitones correlacionados involucrados exhiben una mejora significativa del acoplamiento, un fenómeno debido principalmente a la sincronización de fase aleatoria causada por los excitones inducidos por el efecto sinérgico, que da como resultado la formación de momentos dipolares macroscópicos con direcciones de polarización consistentes. La realización de la nueva condensación de Bose Einstein de cuasipartículas brinda nuevas posibilidades para el desarrollo de láseres sintonizables ultraestrechos. Además, la propiedad de dos materias ópticas de la condensación de excitones polarizados sinérgicos promueve las aplicaciones potenciales de la condensación de excitones polarizados sinérgicos en simulaciones cuánticas, fuentes de luz coherentes no convencionales y dispositivos lógicos de polarización totalmente óptica.
Este trabajo cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa de Jóvenes Talentos de Shanghai, el Programa de Talentos Líderes de Shanghai y otros programas.

Fig. 1 (a) Estructura esquemática de una película de puntos cuánticos sobre un sustrato de DBR; (b) Espectros de hiperfluorescencia de una película de puntos cuánticos sobre un sustrato de silicio y espectros de reflectancia del sustrato de DBR; (c) Espectros de fotoluminiscencia con resolución angular de una película delgada de superred de puntos cuánticos sobre DBR; (d) Cálculo de la densidad de estados del excitón polarizado en función del ángulo y la longitud de onda; (e) Gráfico de derivada de segundo orden de la Fig. (c); y (f) Espectros de reflectancia con resolución angular de DBR.