Exciton-polariton es un tipo de polariton ; una cuasipartícula híbrida de luz y materia que surge del fuerte acoplamiento de las oscilaciones electromagnéticas dipolares de excitones (ya sea en masa o en pozos cuánticos ) y fotones . [1]
Teoría
El acoplamiento de los dos osciladores, modos de fotones en la microcavidad óptica semiconductora y excitones de los pozos cuánticos , da como resultado el anticrossing de energía de los osciladores desnudos, dando lugar a los dos nuevos modos normales del sistema, conocidos como polaritón superior e inferior. resonancias (o ramas). El cambio de energía es proporcional a la fuerza de acoplamiento (depende, por ejemplo, del campo y de las superposiciones de polarización). El modo de energía superior o superior (UPB, rama superior del polaritón) se caracteriza por los campos fotónicos y excitónicos que oscilan en fase, mientras que el modo LPB (rama inferior del polaritón) se caracteriza por oscilar con oposición de fase. Los excitones-polaritones de microcavidad heredan algunas propiedades de ambas raíces, como una masa ligera efectiva (de los fotones) y la capacidad de interactuar entre sí (de las no linealidades de los excitones fuertes) y con el medio ambiente (incluidos los fonones internos , que proporcionan la termalización y el desacoplamiento por pérdidas radiativas). En la mayoría de los casos, las interacciones son repulsivas, al menos entre cuasi-partículas de polaritón del mismo tipo de espín (interacciones intra-espín) y el término de no linealidad es positivo (aumento de la energía total, o desplazamiento hacia el azul, al aumentar la densidad). [2]
Recientemente, los investigadores midieron el transporte de largo alcance en materiales orgánicos acoplados a microcavidades ópticas y demostraron que los excitones-polaritones se propagan en varias micras. [3]
Otras características
Los polaritones también se caracterizan por relaciones de dispersión de momento y energía no parabólicas , que limitan la validez de la aproximación de masa efectiva parabólica a un pequeño rango de momentos. [4] También tienen un grado de libertad de giro , lo que los convierte en fluidos espinoriales capaces de sostener diferentes texturas de polarización . Los excitones-polaritones son bosones compuestos que pueden observarse que forman condensados de Bose-Einstein , [5] [6] [7] [8] y sostienen la superfluidez del polaritón y los vórtices cuánticos [9] y se prospecta para aplicaciones tecnológicas emergentes. [10] Muchos trabajos experimentales se centran actualmente en láseres de polaritón , [11] transistores direccionados ópticamente , [12] estados no lineales como solitones y ondas de choque, propiedades de coherencia de largo alcance y transiciones de fase, vórtices cuánticos y patrones espinoriales. La modelización de fluidos excitón-polaritón se basa principalmente en el uso de GPE ( ecuaciones de Gross-Pitaevskii ), que se encuentran en forma de ecuaciones de Schrödinger no lineales . [13]
Ver también
- Polariton
- Superfluido de polariton
- Condensación de polaritones de Bose-Einstein
- Condensación de cuasipartículas de Bose-Einstein
Referencias
- ^ SI Pekar (1958). "Teoría de las ondas electromagnéticas en un cristal con excitones". Revista de Física y Química de Sólidos . 5 (1–2): 11–22. Código Bibliográfico : 1958JPCS .... 5 ... 11P . doi : 10.1016 / 0022-3697 (58) 90127-6 .
- ^ Vladimirova, M; et al. (2010). "Constantes de interacción polaritón-polaritón en microcavidades". Physical Review B . 82 (7): 075301. Código bibliográfico : 2010PhRvB..82g5301V . doi : 10.1103 / PhysRevB.82.075301 .
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enlaces externos
- Animación de YouTube que explica qué es un polaritón en un microrresonador semiconductor.
- Descripción de la investigación experimental sobre fluidos polariton en el Instituto de Nanotecnologías del CNR italiano.