Optomechanische Wechselwirkungen in Halbleiternmikroresonatoren

• Antragsteller: Dr. Paulo V. Santos
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426728819

Exziton-Polaritonen in Halbleiterresonatoren (zu bezeichnen als Polaritonen) sind bosonische Anregungen, die aus der starken Kopplung zwischen „quantum well“- (QW-) Exzitonen und Photonen in einer Halbleitermikrokavität (MC) entstehen. Polaritonen kombinieren daher die lange räumliche Kohärenz von Photonen mit starken Interpartikelwechselwirkungen, die sich aus der exzitonischen Komponente ergeben. Die geringe effektive Masse in Verbindung mit dem bosonischen Charakter ermöglicht die Bildung von Polariton-Kondensaten mit langen räumlichen (einige zehn µm) und zeitlichen (Hunderten von ps) -Kohärenzen bei relativ niedrigen Teilchendichten und hohen Temperaturen (d.h., flüssigen He-Temperaturen für (Al, Ga) als Strukturen). Das Ziel des vorliegenden Projekts ist die Untersuchung der resonanten akustooptischen Wechselwirkung zwischen Polaritonen (und ihren Kondensaten) und longitudinalen akustischen Phononen (gAPs), die entlang der Abstandsschicht eines strukturierten Polaritons MC geführt werden. Wir werden eine neue Plattform für die Polariton-Phonon-Kopplung entwickeln, die die Konzentrierung einer hohen Dichte von Polaritonen und gAPs an demselben räumlichen Ort ermöglicht. In dieser Plattform ermöglichen die spektral schmalen Polariton-Resonanzen (insbesondere im Kondensationsbereich) die Erprobung von gAP-Effekten mit hoher Empfindlichkeit. Die Plattform wird für die Untersuchung zwei komplementäre Aspekte der resonanten akustooptischen Wechselwirkungen verwenden. Der Erste ist die Modulation von Polaritonen durch GHz-GAPs zur Bildung dynamischer Polariton-Gitter. Diese abstimmbaren Gitter können als Festkörperanaloga zu optischen Gittern kalter Atome betrachtet werden. Die Polariton-Phonon-Plattform, die Phononen mit hoher Frequenz (mehrere GHz) und Wellenlängen im Submikrometerbereich unterstützt, bietet Zugang zu einem Bereich kleiner räumlicher und zeitlicher Modulationsperioden, was mit den aktuellen Modulationsverfahren nicht erreichbar ist. Der zweite Aspekt des Projekts wird die starke akustooptische Rückwirkung („back-action“) an gAPs nutzen, die durch die hohe Polaritondichte induziert wird, um die Erzeugung, Ausbreitung und Führung von GAPs in strukturierten MCs zu steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Mitverantwortliche: Klaus Biermann, Ph.D.; Dr. Alberto Hernández-Mínguez; Abbes Tahraoui, Ph.D.
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Alexandra M. Kalashnikova, Ph.D., bis 3/2022; Nikolai Khokhlov, Ph.D., bis 3/2022; Professor Dr. Alexander Poddubny, Ph.D., bis 3/2022; Alexander Poshakinskiy, Ph.D., bis 3/2022; Alexey Yulin, Ph.D., bis 3/2022