Científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia han demostrado el láser de excitón-polaritón y la dispersión paramétrica de excitón-polaritón en un sistema de microcavidades ópticas acopladas. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista Nanofotónica .

Los excitones-polaritones son cuasipartículas formadas por un fuerte acoplamiento entre excitones y fotones en un semiconductor. Su naturaleza bosónica e interacciones no lineales permiten la observación de fenómenos fascinantes como la condensación de polaritones de Bose-Einstein y el láser de polaritones, cuales, a diferencia del láser típico, ocurre sin inversión de ocupación.

Sistemas acoplados de microcavidades, como los basados ​​en dos microcavidades ópticas acopladas, ofrecen una plataforma multinivel prometedora para la investigación básica y las aplicaciones prácticas. La estructura única que consta de varias docenas de capas con el grosor definido con precisión (cada una con una precisión de unos pocos nanómetros) se fabricó en el laboratorio MBE de la Facultad de Física. Universidad de Varsovia.

"En el trabajo presentado, estudiamos efectos no lineales en un sistema de dos microcavidades ópticas acopladas. La condensación de Bose-Einstein de polaritones y el láser de polaritón ocurren en los dos niveles de energía más bajos de un sistema general de cuatro niveles. Este es un resultado sorprendente en el contexto de lo que se ha observado previamente en microcavidades individuales, donde tuvo lugar la condensación en el estado fundamental del sistema. Las mediciones de dinámica de emisiones han demostrado que en el presente caso los condensados ​​de diferentes energías comparten el mismo umbral láser, pero no aparecen simultáneamente, es decir, se forman y desaparecen posteriormente, uno a uno. Es más, la transición al estado de condensado va acompañada de una dispersión paramétrica de polaritones con energía degenerada, es decir, aquel en el que se conserva el estado del cristal antes y después del proceso de dispersión, "explica Krzysztof Sawicki.

En estudios anteriores sobre microcavidades acopladas, La dispersión paramétrica se obtuvo usando excitación estrictamente resonante. La excitación no resonante utilizada en el presente trabajo permite la separación espectral de la señal del láser de excitación, lo que es un resultado prometedor desde el punto de vista de la implementación de fuentes de fotones entrelazados basados ​​en polaritones.

Previamente, Se utilizó un sistema de microcavidades acoplado para demostrar la transferencia de energía a más de 2 micrómetros, mediada por estados de polariton. Esta es una distancia récord teniendo en cuenta la escala nanométrica típica de interacción entre excitones en un semiconductor.

"Esperamos que nuestros resultados abran el camino a la investigación sobre nuevos tipos de efectos no lineales en sistemas de polariton multinivel. Nuestro trabajo es esencial para campos de rápido desarrollo como, por ejemplo, computación cuántica totalmente óptica, Dado que las interacciones no lineales en un sistema multinivel pueden permitir la implementación de sistemas lógicos basados ​​en polaritones, "añade Jan Suffczynski.