КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 21-72-00088

НазваниеРеализация и исследование оптически индуцированных двумерных решеток поляритонных конденсатов в неорганических микрорезонаторах

Руководитель Аляткин Сергей Юрьевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва

Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-302 - Когерентная и нелинейная оптика

Ключевые слова экситон-поляритоны, оптические решетки, поляритонный конденсат, решетка Либа, гексагональная решетка, микрорезонаторы, полупроводники, симуляторы, оптимизаторы

Код ГРНТИ29.31.27

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Экситон-поляритоны (далее поляритоны), возникающие в режиме сильной связи между излучением (фотонами) и веществом (экситонами) в планарных структурах - микрорезонаторах, обладают рядом уникальных физических свойств [1]. Как композитным квазичастицам, поляритонам присущи свойства как фотонной, так и экситонной составляющих, что делает такую систему крайне привлекательной для исследований. Во-первых, поляритоны обладают малой массой (примерно на четыре порядка меньше массы электрона), что позволило пронаблюдать и исследовать явление поляритонной конденсации [2]. А во-вторых, от материальной среды поляритоны унаследовали сильные нелинейные характеристики. Стремительное развитие экспериментальной техники и адаптация подходов, развитых ранее для атомных бозе-конденсатов, привели к становлению поляритоники как отдельного направления физики на стыке оптики и физики конденсированного состояния. Безусловно, поляритоны в микрорезонаторах являются уникальным объектом для фундаментальных исследований благодаря сильным межчастичным взаимодействиям, диссипативного характера системы, а также когерентным свойствам, проявляющимся на макроскопических масштабах. С точки зрения потенциальных практических приложений, успешно продемонстрированы основные элементы логики [3], усилители [4], переключатели [5] и даже поляритонный транзистор [6]. Потенциал системы взаимодействующих поляритонных конденсатов как новой платформы для симуляции сложных физических систем, многопараметрических оптимизаторов, а также нейроморфных вычислителей подтверждается резко возросшим числом подобных исследований [7-10] . Развитие в этом направлении подразумевает реализацию и детальное изучение двумерных массивов поляритонных конденсатов, а также разработку методов прецизионного селективного контроля над взаимодействием между отдельными узлами, что существенно осложняется нелинейностью и диссипативностью системы, а также пикосекундной динамикой. Помимо перечисленных выше потенциальных приложений, двумерные решетки взаимодействующих конденсатов открывают возможность к наблюдению и исследованию различных физических явлений, что подчеркивает актуальность направления. Например, формирование плоских зон и “Дираковских конусов” в спектре двумерных технологически изготовленных решеток Либа [11] и гексагональной решетки, а также формирование фазовых дислокаций - вихрей с различным топологическим зарядом при полигональной геометрии массива [12]. Однако системы, изготовленные методами литографии, не позволяют гибко варьировать in situ такие параметры системы как вид решетки, расстояние между узлами, глубину и продольный размер локализующего потенциала, ограничивая тем самым ряд доступных для наблюдения физических явлений. Предлагаемый проект основан на полностью оптических методах создания и контроля двумерных решеток взаимодействующих поляритонных конденсатов. Мы будем экспериментально разрабатывать и развивать методы “оптической печати” решеток с использованием пространственного модулятора света, позволяющего контролировать профиль нерезонансного возбуждающего излучения. С практической точки зрения, ожидается первая полностью оптическая реализация двумерных решеток Либа, Кагоме и гексагональной на поляритонной системе с числом узлов более 50. С фундаментальной точки зрения, одной из главных целей проекта является реализация и исследование перехода от режима удаленных баллистически свободно распространяющихся конденсатов к режиму конденсации поляритонов, захваченных в ловушку. Демонстрация такого перехода принципиально невозможна в литографически созданных массивах ввиду локализации волновой функции в переделах заданного потенциала, что безусловно подчеркивает научную новизну предлагаемого проекта. Полученные результаты позволят глубже понять механизмы взаимодействия между поляритонными конденсатами в зависимости от константы решетки и ее формы, и станут важным шагом на пути к реализации сложных физических систем с помощью поляритонной платформы. [1] Hui Deng, Hartmut Haug, and Yoshihisa Yamamoto. Exciton-polariton Bose-Einstein condensation. Rev. Mod. Phys. 82, 1489 (2010) [2] Kasprzak, J., Richard, M., Kundermann, S. et al. Bose–Einstein condensation of exciton polaritons. Nature 443, 409–414 (2006) [3] Anton V. Baranikov, Anton V. Zasedatelev, Darius Urbonas, Fabio Scafirimuto, Ullrich Scherf, Thilo Stöferle, Rainer F. Mahrt, Pavlos G. Lagoudakis. All-optical cascadable universal logic gate with sub-picosecond operation. https://arxiv.org/abs/2005.04802 [4] P. G. Savvidis, J. J. Baumberg, R. M. Stevenson, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, and J. S. Roberts. Angle-Resonant Stimulated Polariton Amplifier. Phys. Rev. Lett. 84, 1547 (2000) [5] T. Gao, P. S. Eldridge, T. C. H. Liew, S. I. Tsintzos, G. Stavrinidis, G. Deligeorgis, Z. Hatzopoulos, and P. G. Savvidis. Polariton condensate transistor switch. Phys. Rev. B 85, 235102 (2012) [6] Zasedatelev, A.V., Baranikov, A.V., Urbonas, D. et al. A room-temperature organic polariton transistor. Nat. Photonics 13, 378–383 (2019) [7] Pavlos G Lagoudakis and Natalia G Berloff. A polariton graph simulator. New J. of Physics, 19, 125008 (2017) [8] Ghosh, S., Opala, A., Matuszewski, M. et al. Quantum reservoir processing. npj Quantum Information, 5:35 (2019) [9] Dario Ballarini, Antonio Gianfrate, Riccardo Panico, Andrzej Opala, Sanjib Ghosh, Lorenzo Dominici, Vincenzo Ardizzone, Milena De Giorgi, Giovanni Lerario, Giuseppe Gigli, Timothy C. H. Liew, Michal Matuszewski, and Daniele Sanvitto. Polaritonic Neuromorphic Computing Outperforms Linear Classifiers. Nano Lett., 20, 5, 3506–3512 (2020) [10] Boulier, T., Jacquet, M.J., Maître, A., Lerario, G., Claude, F., Pigeon, S., Glorieux, Q., Amo, A., Bloch, J., Bramati, A. and Giacobino, E. Microcavity Polaritons for Quantum Simulation. Adv. Quantum Technol., 3: 2000052 (2020) [11] Tristan H. Harder, Oleg A. Egorov, Johannes Beierlein, Philipp Gagel, Johannes Michl, Monika Emmerling, Christian Schneider, Ulf Peschel, Sven Höfling, and Sebastian Klembt. Exciton-polaritons in flatland: Controlling flatband properties in a Lieb lattice. Phys. Rev. B 102, 121302(R), (2020) [12] Kirill Kalinin, Matteo Silva, Julian D. Töpfer, Wolfgang Langbein, Natalia G. Berloff, Pavlos G. Lagoudakis. Giant vortices of controlled multiplicity in polariton lattices. https://arxiv.org/abs/1710.03451

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---