Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе реализации проекта коллективом были разработаны и экспериментально реализованы методы “оптической печати” апериодических массивов экситон-поляритонных конденсатов в неорганических микрорезонаторах. На примере покрытия (мозаики) Пенроуза с использованием программируемого фазового пространственного модулятора света нам удалось продемонстрировать контроль над параметрами поляритонной системы в апериодической структуре. При нерезонансном лазерном возбуждении были исследованы оптически индуцированные мозаики Пенроуза с варьируемым числом узлов накачки N. Каждый узел в апериодическом покрытии после проецирования в плоскость образца представлял сфокусированное лазерное излучение с характерным диаметром около 3 мкм. Были реализованы апериодические массивы с числом узлов N=46, 86, 111, 131 и 151 при фиксированном характерном расстоянии между центральными узлами накачки (сторона ромба в мозаике) D=13.2 мкм. Для получившихся массивов экспериментально изучены спектр и распределение интенсивности фотолюминесценции в координатном и импульсном пространствах в зависимости от интенсивности возбуждения. Обнаружено, что при превышении пороговой мощности в импульсном пространстве формируются узкие брэгговские пики с вращательной симметрией C10, характерной для квазикристаллов. В спектре такого массива поляритонных конденсатов наблюдается узкая линия, подтверждающая их фазовую синхронизацию в апериодическом потенциале. Также были изучены транспортные свойства поляритонов в апериодической мозаике Пенроуза. Для это мы рассчитали фазовые маски для фиксированного количества узлов накачки и варьировали характерное расстояние D между ними в диапазоне от 13.5 мкм до 7.8 мкм. При D≥13.5 мкм наблюдается баллистическое распространение поляритонов, которое способствует синхронизации конденсатов, что подтверждается измерениями фотолюминесценции в импульсном пространстве. При постепенном уменьшении характерного расстояния наблюдается рост интенсивности фотолюминесценции между пятнами накачки, который становится существенным уже при D≈10 мкм. При дальнейшем сжатии структуры (до D< 8 мкм) уже не наблюдается синхронизации поляритонных конденсатов в состояниях с характерной C10 симметрией, а конденсация происходит в более низколежащих состояниях (эффективная локализация поляритонов между узлами накачки). Для исследований экситон-поляритонной системы в модулированных во времени потенциалах была экспериментально реализована вращающаяся оптическая ловушка с контролируемой скоростью вращения. Для создания ловушки использовалось излучение двух стабилизированных по частоте лазеров (с возможностью изменения частотной отстройки Δf). С помощью методов пространственной модуляции света создавались кольцеобразные профили возбуждения с варьируемым диаметром и противоположно вращающимся фазовым фронтом. В результате при фиксированной отстройке Δf двух возбуждающих лазеров в плоскости микрорезонатора возникает картина биения, соответствующая вращению локализующего потенциала на желаемой частоте f= Δf/ Δl, где Δl – разность топологических зарядов, приобретаемых при отражении лазерного излучения от модуляторов света. Были проведены измерения интенсивности поляритонной фотолюминесценции с разрешением по времени в ортогональных проекциях поляризации (H и V) в случае медленно вращающейся ловушки (f=2.5 МГц). Экспериментально показано вращения псевдоспина (для простоты “спина”) поляритонов в конденсате, что аналогично вращению линейной поляризации излучения в экваториальной плоскости сферы Пуанкаре (в плоскости вращения ловушки). Степень линейной поляризации при этом достигла значения 0,85. При варьировании частоты вращения оптической ловушки было обнаружено, что адиабатическое следование спина конденсата в основном состоянии за вращением потенциала заканчивается на частотах выше 150 МГц. Для подтверждения вынужденного вращения спина поляритонов в конденсате на ГГц частотах была реализована схема Хэнберри Брауна – Твисса для измерения корреляций интенсивности фотолюминесценции с разрешением по поляризации и времени (детекторы - однофотонные лавинные фотодиоды). Обнаружено, что поведение поляритонной системы значительно меняется при изменении поляризации оптической накачки при фиксированной частоте вращения. Обнаружено, что при частоте вращения f=0.5 ГГц и эллиптической накачке в поляризации возбуждения (контролируемой четвертьволновой пластинкой), в кросс-корреляционной функции g(2)H,V(t) наблюдаются периодические осцилляции c частотой 1 ГГц ввиду быстрой прецессии спина конденсата в экваториальной плоскости сферы Пуанкаре. При ультрабыстром вращении конденсата наблюдалась высокая степень линейной поляризации (0,75). Варьируя далее эллиптичность возбуждения и регистрируя g(2)H,V(t), мы показали, что при фиксированной частоте вращения наблюдается резонансный отклик системы, а именно, размах осцилляций быстро уменьшается при изменении эллиптичности возбуждения. Резонанс наблюдается тогда, когда частота вращения в точности совпадает с частотой самоиндуцированной Ларморовской прецессии, присущей поляритонной системе. Посредством изменения относительной интенсивности двух возбуждающих лазеров (в диапазоне от 0,5% до 30%) также было реализовано изменение формы вращающегося потенциала для поляритонов, что подтверждается измеренными временными характеристиками спиновой прецессии конденсата. Таким образом, процесс спиновой прецессии был изучен в зависимости от эллиптичности поляризации нерезонансного возбуждения и в зависимости от геометрической эллиптичности ловушки, контролируемой отношением интенсивностей лазеров и скоростью вращения. В обоих случаях обнаружен резонансный отклик спиновой прецессии от контрольных параметров. Реализация возможности измерений быстрых корреляционных зависимостей также позволила коллективу изучить эффект Хонга-Оу-Манделя (ХОМ) для поляритонного конденсата в ловушке при различных условиях возбуждения. При использовании лазерного излучения с круговой поляризацией эффект ХОМ для конденсата аналогичен эффекту, наблюдаемому для когерентного источника, что подтверждает высокую пространственную и поляризационную однородность излучения. В режиме возникновения самоиндуцированных Ларморовских прецессий была показана возможность модулирования эффекта ХОМ на частоте прецессии. Обнаружено, что для излучения конденсата с группировкой фотонов, эффект ХОМ проявляется ярче, чем для света с Пуассоновской фотонной статистикой, и демонстрирует чувствительность к относительной фазе между плечами интерферометра.