Nichtlineare Dynamik von Polaritonen in photonischen Halbleiterstrukturen

• Antragsteller: Dr. Oleg Egorov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243331485

In diesem Projekt sollen neuartige optische Eigenschaften von photonischen Halbleiterstrukturen, die durch die spezifischen nichtlinearen Eigenschaften von Exziton-Polaritonen hervorgerufenen werden, untersucht werden. Exziton-Polaritonen formieren sich aufgrund der starken Kopplung zwischen Photonen und Exzitonen, den gebundene Elektronen-Loch-Paaren in Halbleitern. Die photonische Struktur dient zur Lokalisierung der Photonen in einem sehr kleinen Volumen nahe an oder unterhalb der Beugungsgrenze, während die starke Wechselwirkung von Licht und Materialanregungen signifikante nichtlineare quantenelektrodynamische Effekte hervorruft. Einerseits können Exziton-Polaritonen durch Licht angeregt und ihre Eigenschaften effektiv durch eine photonische Struktur maßgeschneidert werden, andererseits ruft die exzitonische Komponente der Polaritonen eine starke nichtlineare Reaktion aufgrund der Exziton-Exziton-Wechselwirkung hervor. Des Weiteren führt die erhöhte spontane Emission zu einem für Hochgeschwindigkeitsoperationen schnellen Anregungs-Relaxations-Mechanismus.Unser Schwerpunkt wird auf der nichtlinearen Dynamik der Polaritonen innerhalb der photonischen Struktur mit eingebetteten Halbleiterheterostrukturen liegen, einschließlich der Untersuchung der spontanen Bildung von kohärenten Exziton-Polariton-Zuständen (ähnlich der Bose-Einstein-Kondensation). Wir werden die Dispersion und nichtlinearen Eigenschaften der Polaritonen in einer periodischen photonischen Struktur anpassen und somit die Bedingungen für kohärente Zustandsänderungen, Supraflüssigkeit, parametrische Instabilität und Bildung von lokalisierten Zuständen in weiten Bereichen modifizieren. Darüber hinaus werden wir die Quantenstatistik und Blockierung von Polaritonen, die in einem kleinen Volumen lokaisiert sind, untersuchen. Diese Kenntnis wird die Basis für praktische Entwürfe liefern, wo die nichtlineare Dynamik der Polaritonen für opto-optische Steuerung und ultraschnelle logische Operationen benutzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen