Динамическое сжатие экситон-поляритонных конденсатов в полупроводниковых микрорезонаторах

1. Динамическое сжатие экситон-поляритонных конденсатов в полупроводниковых микрорезонаторах

Динамическое сжатие экситонполяритонных конденсатов в
полупроводниковых микрорезонаторах
В. Д. Кулаковский, С. С. Гаврилов и Н. А. Гиппиус
ИФТТ РАН, Черноголовка

2. Введение

• Planar microcavity with a few quantum wells embedded in the
maxima of an electric field in the active layer
X
Y
Top Bragg mirror
Active layer with QWs
Bottom Bragg mirror
detection
UP
Energy, E
excitation Z
Upper
polariton
branch
Photon
W
exciton
LP
Lower
polariton
branch
0
wavevector, k
Спектроскопия с высоким угловым разрешением :
Концентрация поляритонов с любым импульсом k может быть возбуждена и
измерена независимо путем выбора углов возбуждения и наблюдения =>
k= /c sin .

3.

Введение
The long pulse with DE < 0.05 meV and small
aperture (Df< 1-2 o) generates the LP system at p
with small Dk. The system demonstrate multistability
behavior.
Energy, E
The generated state of LP system under resonant excitation depends on the
pulse duration and aperture
LP
Pump, tp >50
ps
p
0
The short laser pulses with DE ~ 1-3 meV and large
aperture (Df > 10-15 o) generate the LP system in a
wide k range.
LP
Pump, tp ~1 ps
p
0
0 wavevector, k
Energy, E
The short laser pulses with DE ~ 1-3 meV and small
aperture (Df< 1-2 o) generate the LP condensate
at k~0 whose density and blueshift increase with
pump intensity.
Energy, E
0 wavevector, k
LP
Pump, tp ~1 ps
p
0
0 wavevector, k
3

4. Введение

Цель - исследовать возможность резонансного возбуждения
поляритонной системы в состоянии, обеспечивающем ее
динамическое сжатие в основное состояние конденсата на дне
поляритонной зоны после окончания импульса.
Идея – использовать для резонансной накачки поляритонов
сходящийся лазерный луч и расположить МР до фокуса:
В этом случае все возбуждаемые поляритоны должны
двигаться к центру пятна.

5.

Режим фотовозбуждения
Возбуждение гауссовым пучком в широкой области k
Когерентный лазерный луч возбуждает
когерентную поляритонную систему с широким набором квазиимпульсов
5

6.

Гауссов пучок
6

7.

Модель и параметры
f~
g= 0.01 мэВ
R= 10 мэВ
z= -250 мкм => диаметр пятна D = 100 мкм
7

8.

Динамика поляритонной системы очень малой плотности
Поляритоны
Свет
Динамика
распределения
в k пространстве
I(k) ~ const
I(k) = const
Динамика
распределения
в r- пространстве
I(r) изменяется
после перетяжки
I(r) = const
Диаметр
перетяжки
D=1 мкм
D=0.7 мкм
8

9.

Изменение динамика поляритонной системы с ростом накачки
В области перетяжки
* Dk – уменьшается, Dr – растет с увеличением накачки
** Dk Dr ~ const ~6, т.е. соответствует когерентному излучателю.
*** в r-пространстве – распределение имеет плоскую вершину и
резкие края
После перетяжки в течение нескольких пс нет ожидаемых
* расплывания конденсата и монотонного увеличения Dr и
** соответствующего уменьшения Dk
9

10.

Динамика поляритонной системы при P=0.001
10

11.

Динамика спектра излучения поляритонов
t (ps)
0
8
14
17
20
25
36
45
Intensity (arb. units)
1
0
0
2
1
3
Energy (meV)
t=0:
<E> =<p2>/2m
E = <E>*n
t=14 пс
E=a/2*n2 = <E>*n
m=an=2<E>
!!!!
11

12.

Introduction
t=23 ps
2 mm<x<10 mm
E(k)
E(k)
E(k)
14 mm<x<22 mm
Intensity (arb. units)
1
0
-2
-1
0
Wavevector (mm-1)
1
2
Скачок в величине квазиимпульса на границе конденсата ведет к
отражению поляритонов на границе
и сохранению плотности конденсата в центре.
Утекание поляритонов происходит с границы – где Dk велико
благодаря большому градиенту плотности.
12

13.

Возбуждение в области k>0
1.500
Ipump (E)
ELP(k)
1.496
1.494
1.492
Ipump (k)
Energy (eV)
1.498
-6
-4
-2
0
2
4
6
Wavevector (mm-1)
13

14.

Результаты
Найден режим резонансного
возбуждения поляритонной системы,
обеспечивающий ее динамическое сжатие в
основное состояние конденсата после
окончания импульса
и
• исследованы свойства поляритонного
конденсата в этом режиме
14

15.

Спасибо за внимание

16.

16