Bose – Einsteinova kondenzace polaritonů - Bose–Einstein condensation of polaritons

Bose – Einsteinova kondenzace polaritonů je rostoucí obor ve výzkumu polovodičové optiky, který vykazuje spontánní soudržnost podobný a laser, ale prostřednictvím jiného mechanismu. Kontinuální přechod z polariton kondenzace na lasování může být podobná jako u crossoveru z a Kondenzát Bose – Einstein do a Stát BCS v souvislosti s Fermiho plyny.^[1][2] Polaritonová kondenzace se někdy nazývá „lasování bez inverze“.^[3][4]

Přehled

Polaritony jsou bosonic kvazičástice které lze považovat za oblečené fotony. V optická dutina, fotony mají efektivní hmotnost, a když optické rezonance v dutině je přiveden v blízkosti energie na elektronickou rezonanci (obvykle exciton ) v médiu uvnitř dutiny fotony silně interagují a navzájem se odpuzují. Chovají se tedy jako atomy, které se mohou svými vzájemnými srážkami přiblížit k rovnováze, a při vysoké hustotě nebo nízké teplotě mohou podstoupit Bose-Einsteinovu kondenzaci (BEC). Boseův kondenzát polaritonů poté vyzařuje koherentní světlo jako laser. Protože mechanismem pro nástup koherence jsou interakce mezi polaritony, a nikoli optický zisk, který pochází inverze, prahová hustota může být docela nízká.

Dějiny

Teorii polaritonu BEC poprvé navrhl Atac Imamoglu^[5] a spoluautoři včetně Yoshihisa Yamamoto. Tito autoři tvrdili o pozorování tohoto účinku v následující práci,^[6] ale to se nakonec ukázalo jako standardní lasování.^[7][8] V pozdější práci ve spolupráci s výzkumnou skupinou Jacqueline Bloch, struktura byla přepracována tak, aby zahrnovala několik kvantové jamky uvnitř dutiny, aby se zabránilo nasycení excitonové rezonance, a v roce 2002 byly hlášeny důkazy o nerovnovážné kondenzaci^[9] který zahrnoval korelace foton-foton v souladu se spontánní koherencí. Pozdější experimentální skupiny použily v podstatě stejný design. V roce 2006 skupina Benoit Deveaud a spoluautorů ohlásila první široce přijímané tvrzení o nerovnováze Bose – Einsteinovy ​​kondenzace polaritonů^[10] na základě měření distribuce hybnosti polaritonů. Ačkoli systém nebyl v rovnováze, byl vidět jasný vrchol v základním stavu systému, kanonická předpověď BEC. Oba tyto experimenty vytvořily polaritonový plyn v nekontrolované volné expanzi. V roce 2007 experimentální skupina David Snoke prokázána nerovnováha Bose – Einsteinova kondenzace polaritonů v pasti,^[11] podobný způsobu, jakým jsou atomy uzavřeny v pasti pro Bose – Einsteinovy ​​kondenzační experimenty. Pozorování kondenzace polaritonu v pasti bylo významné, protože polaritony byly přemístěny z laserového excitačního bodu, takže tento účinek nelze připsat jednoduchému nelineárnímu účinku laserového světla. Jaqueline Bloch a spolupracovníci pozorovali kondenzaci polaritonu v roce 2009,^[12] po kterém mnoho dalších experimentátoři reprodukoval účinek (recenze viz bibliografie). Důkazy pro polariton nadbytečnost nahlásil Alberto Amo a spolupracovníci,^[13] na základě potlačeného rozptylu polaritonů během jejich pohybu. Tento účinek byl nedávno pozorován při pokojové teplotě,^[14] což je první důkaz pokojové teploty nadbytečnost, i když ve vysoce nerovnovážném systému.

Rovnovážná kondenzace polaritonu

První jasná ukázka Bose-Einsteinovy ​​kondenzace polaritonů v rovnováze^[15] bylo hlášeno ve spolupráci s David Snoke, Keith Nelson a spolupracovníky s využitím vysoce kvalitních struktur vyrobených Loren Pfeiffer a Ken West v Princetonu. Před tímto výsledkem byly polaritonové kondenzáty vždy pozorovány z rovnováhy.^[16][17] Všechny výše uvedené studie byly použity optické čerpání vytvořit kondenzát. Elektrické vstřikování, které umožňuje polaritonový laser, který by mohl být praktickým zařízením, bylo v roce 2013 ukázáno dvěma skupinami.^[18][19]

Nerovnovážná kondenzace

Polaritonové kondenzáty jsou příkladem a nejvíce studovaným příkladem Bose-Einsteinovy ​​kondenzace kvazičástic. Protože většina experimentálních prací na polaritonových kondenzátech používala struktury s velmi krátkou životností polaritonu, velká část teorie se zabývala vlastnostmi nerovnovážné kondenzace a nadbytečnosti. Zejména Jonathan Keeling^[20] a Iacopo Carusotto a C. Ciuti ^[21] ukázaly, že ačkoliv kondenzát s rozptylem není „skutečným“ superfluidem, stále má kritickou rychlost pro nástup supratekutých účinků.

Viz také

• Bose-Einsteinova kondenzace kvazičástic

Reference

Další čtení

• Universal Themes of Bose-Einstein Condensation, publikoval Cambridge University Press (2017). ISBN  978-1107085695, ISBN  1107085691
• John Robert Schrieffer, Teorie supravodivosti, (1964), ISBN  0-7382-0120-0
• Kondenzace Bose – Einstein, vydané Cambridge University Press (1996). ISBN  978-0-521-58990-1; ISBN  0-521-58990-8