小さな装置が大きな物理学的発見とより良いレーザーにつながる可能性(How a Tiny Device Could Lead to Big Physics Discoveries and Better Lasers)

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室温で動作する強い光物質相互作用領域における初のトポロジカル量子シミュレータ装置を開発した。(Rensselaer Polytechnic Institute researchers have created the first topological quantum simulator device in the strong light-matter interaction regime that operates at room temperature)

2024-05-28 レンセラー工科大学 (RPI)

レンセラー工科大学の研究者たちは、物質と光の基本的な性質を調査するための髪の毛ほどの幅のデバイスを開発しました。このデバイスは、フォトニック位相絶縁体で作られ、光子を特定のインターフェースに誘導し散乱を防ぎます。室温で動作するため、従来の冷却装置を必要とせず、より多くの研究者が量子現象を研究できるようになります。また、このデバイスは従来の低温デバイスの7分の1のエネルギーで動作し、より効率的なレーザーの開発に寄与します。研究には、半導体技術とハロゲン化物ペロブスカイトが用いられ、レーザー光を当てるとデバイス内に輝くパターンが現れることが確認されました。

<関連情報>

トポロジカル・バレー・ホール・ポラリトン凝縮 Topological valley Hall polariton condensation

Kai Peng,Wei Li,Meng Sun,Jose D. H. Rivero,Chaoyang Ti,Xu Han,Li Ge,Lan Yang,Xiang Zhang & Wei Bao
Nature Nanotechnology  Published:24 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-024-01674-6

小さな装置が大きな物理学的発見とより良いレーザーにつながる可能性(How a Tiny Device Could Lead to Big Physics Discoveries and Better Lasers)

Abstract

A photonic topological insulator features robust directional propagation and immunity to defect perturbations of the edge/surface state. Exciton-polaritons, that is, the hybrid quasiparticles of excitons and photons in semiconductor microcavities, have been proposed as a tunable nonlinear platform for emulating topological phenomena. However, mainly due to excitonic material limitations, experimental observations so far have not been able to enter the nonlinear condensation regime or only show localized condensation in one dimension. Here we show a topological propagating edge state with polariton condensation at room temperature and without any external magnetic field. We overcome material limitations by using excitonic CsPbCl3 halide perovskites with a valley Hall lattice design. The polariton lattice features a large bandgap of 18.8 meV and exhibits strong nonlinear polariton condensation with clear long-range spatial coherence across the critical pumping density. The geometric parameters and material composition of our nonlinear many-body photonic system platform can in principle be tailored to study topological phenomena of other interquasiparticle interactions.

1700応用理学一般
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