Verstärken der polaritonischen Nichtlinearität mit einem Mechanismus zur Erzeugung von Polaron-Polaritonen

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Ein Team von Forschern des Instituts für Quantenelektronik der ETH Zürich, des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und des Münchner Zentrums für Quantenwissenschaft und -technologie hat einen Weg gefunden, die polaritonische Nichtlinearität zu verstärken.

In ihrem in der Zeitschrift Physical Review X veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe den Aufbau eines Mechanismus zur Erzeugung von Polaron-Polaritonen, der zu einer Verstärkung der polaritonischen Nichtlinearität führte.Während die Wissenschaftler weiterhin danach streben, wirklich nützliche Quantencomputer zu entwickeln, haben sie den Bedarf an nichtlinearen Effekten in optischen Informationsplattformen festgestellt.

Solche Effekte könnten von informationstragenden Photonen bei ihrer Wechselwirkung genutzt werden, um Aufgaben wie die Farbmodifikation und die Induktion von Verschränkung zu erfüllen.

Diese Bemühungen sind jedoch bisher aufgrund von Ineffizienz gescheitert.

In dieser neuen Anstrengung haben die Forscher einen Mechanismus geschaffen, der es erlaubt, die Nichtlinearität eines Mediums zu verstärken.Die Arbeit beinhaltete die Erzeugung eines Polaritons durch Kopplung eines Photons, das fest an ein Exziton auf einer Basis von Molybdändiselenid gebunden war.

Als nächstes injizierten die Forscher Elektronen, die von den Polaritonen angezogen wurden.

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Diese Anziehungskraft führte zu einer Elektronendichte mit einer Spitze, die sich in der Nähe des Polaritons befand und in einem kreisförmigen Ring um das Polariton abnahm.

Das Ergebnis war ein Quasiteilchen, das das Polariton mit den umverteilten Elektronen kombinierte – ein Polaron-Polariton.

Sie stellten fest, dass die Polaron-Polaritonen viel größer waren als ein Polariton, was dazu führte, dass die Polaronen bei größeren Entfernungen wechselwirken – und das führte zu einer 50-fachen Erhöhung der optischen Nichtlinearität.Die Forscher testeten ihren Mechanismus, indem sie den Brechungsindex der Lichtintensität beobachteten und Verschiebungen von Polaron-Polariton-Verstärkungen feststellten.

Sie zeigten auch, dass die Polaron-Polaritonen durch stimulierte Emissionen verstärkt werden können.

Sie räumen ein, dass die von ihnen erreichten Nichtlinearitätsverstärkungen für den Einsatz in Quantenanwendungen nicht ausreichen, weisen aber darauf hin, dass größere Verstärkungen durch die Verwendung einer Basis mit höheren inhärenten….

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