Bose–Einstein-kondensering av polaritoner
Bose–Einstein-kondensering av polaritoner är ett växande område inom halvledaroptikforskning, som uppvisar spontan koherens som liknar en laser , men genom en annan mekanism. En kontinuerlig övergång från polaritonkondensation till lasring kan göras liknande den för korsningen från ett Bose–Einstein-kondensat till ett BCS-tillstånd i samband med Fermi-gaser. Polaritonkondensering kallas ibland "lasering utan inversion".
Översikt
Polaritoner är bosoniska kvasipartiklar som kan ses som klädda fotoner . I en optisk kavitet har fotoner en effektiv massa, och när den optiska resonansen i en kavitet förs nära i energi till en elektronisk resonans (typiskt en exciton ) i ett medium inuti kaviteten, blir fotonerna starkt interagerande och stöter bort varandra . De fungerar därför som atomer som kan närma sig jämvikt på grund av deras kollisioner med varandra, och kan genomgå Bose-Einstein-kondensering (BEC) vid hög densitet eller låg temperatur. Bose-kondensatet av polaritoner avger sedan koherent ljus som en laser. Eftersom mekanismen för uppkomsten av koherens är interaktionerna mellan polaritonerna, och inte den optiska förstärkningen som kommer från inversion , kan tröskeldensiteten vara ganska låg.
Historia
Teorin om polariton BEC föreslogs först av Atac Imamoglu och medförfattare inklusive Yoshihisa Yamamoto . Dessa författare hävdade observation av denna effekt i en efterföljande artikel, men detta visade sig så småningom vara standardlasning. Jacqueline Blochs forskargrupp , designades strukturen om för att inkludera flera kvantbrunnar inuti kaviteten för att förhindra mättnad av excitonresonansen, och 2002 rapporterades bevis för icke-jämviktskondensering som inkluderade foton-foton-korrelationer i överensstämmelse med spontan koherens. Senare experimentella grupper har använt i huvudsak samma design. År 2006 rapporterade gruppen av Benoit Deveaud och medförfattare det första allmänt accepterade påståendet om Bose-Einstein-kondensering av polaritoner i icke-jämvikt baserat på mätning av momentumfördelningen av polaritonerna. Även om systemet inte var i jämvikt sågs en tydlig topp i systemets grundtillstånd, en kanonisk förutsägelse av BEC. Båda dessa experiment skapade en polaritongas i en okontrollerad fri expansion. År 2007 visade den experimentella gruppen av David Snoke icke-jämvikt Bose–Einstein kondensation av polaritoner i en fälla, liknande sättet som atomer är inneslutna i fällor för Bose–Einstein kondensationsexperiment. Observationen av polaritonkondensation i en fälla var signifikant eftersom polaritonerna förflyttades från laserexcitationsfläcken, så att effekten inte kunde tillskrivas en enkel olinjär effekt av laserljuset. Jaqueline Bloch och medarbetare observerade polaritonkondensering 2009, varefter många andra experimentalister reproducerade effekten (för recensioner se bibliografin). Bevis för polaritonsuperfluiditet rapporterades av Alberto Amo och medarbetare, baserat på den undertryckta spridningen av polaritonerna under deras rörelse. Denna effekt har setts på senare tid vid rumstemperatur, vilket är det första beviset på rumstemperaturs superfluiditet , om än i ett system med hög grad av icke-jämvikt.
Jämvikt polariton kondensation
Den första tydliga demonstrationen av Bose–Einstein-kondensering av polaritoner i jämvikt rapporterades av ett samarbete mellan David Snoke , Keith Nelson och kollegor, med hjälp av högkvalitativa strukturer tillverkade av Loren Pfeiffer och Ken West på Princeton. Före detta resultat observerades alltid polaritonkondensat utanför jämvikt. Alla ovanstående studier använde optisk pumpning för att skapa kondensatet. Elektrisk injektion, som möjliggör en polaritonlaser som kan vara en praktisk anordning, visades 2013 av två grupper.
Kondensation utan jämvikt
Polariton-kondensat är ett exempel, och det mest väl studerade exemplet, på Bose-Einstein-kondensering av kvasipartiklar. Eftersom det mesta av det experimentella arbetet med polaritonkondensat använde strukturer med mycket kort polaritonlivslängd, har en stor mängd teorier behandlat egenskaperna hos icke-jämviktskondensation och superfluiditet. I synnerhet Jonathan Keeling och Iacopo Carusotto och C. Ciuti har visat att även om ett kondensat med avledning inte är en "äkta" superfluid, har det fortfarande en kritisk hastighet för uppkomsten av superfluideffekter.
Se även
Vidare läsning
- Universal Themes of Bose-Einstein Condensation, publicerad av Cambridge University Press (2017). ISBN 978-1107085695 , ISBN 1107085691
- John Robert Schrieffer, Theory of Superconductivity , (1964), ISBN 0-7382-0120-0
- Bose–Einstein Condensation , publicerad av Cambridge University Press (1996). ISBN 978-0-521-58990-1 ; ISBN 0-521-58990-8