Effect of Coulomb interaction on exciton-polariton condensates in GaAs pillar microcavities

Brichkin, A. S.; Novikov, S. I.; Larionov, A. V.; Kulakovskiĭ, V. D.; Glazov, M. M.; Schneider, Christian; Höfling, Sven; Kamp, M.; Forchel, A.

doi:10.1103/physrevb.84.195301

Cited by 56 publications

(69 citation statements)

References 33 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…This result is compatible with other values reported in the literature [4,5,15,16,18,[41][42][43][44].…”

Section: B Fit Of Exciton-polariton Interaction Strengthsupporting

confidence: 93%

“…We then describe the reference measurement used to benchmark our experimental setup. Based on a simple model, we estimate the exciton-exciton interaction strength in a neutral quantum well to amount to 13 +18 −9 µeV µm 2 , consistent with other reports [4,5,15,16,18,[41][42][43][44]. We finally present a detailed study of the evolution of the polariton coherence time around fractional filling factors.…”

Section: Supplementary Materials For Nonlinear Optics In the Fractionasupporting

confidence: 87%

See 1 more Smart Citation

Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime

Knüppel

Ravets

Kroner

et al. 2019

Nature

View full text Add to dashboard Cite

These authors contributed equally to this work.Engineering strong interactions between optical photons is a great challenge for quantum science. Envisioned applications range from the realization of photonic gates for quantum information processing [1] to synthesis of photonic quantum materials for investigation of strongly-correlated drivendissipative systems [2]. Polaritonics, based on the strong coupling of photons to atomic or electronic excitations in an optical resonator, has emerged as a promising approach to implement those tasks [3]. Recent experiments demonstrated the onset of quantum correlations in the exciton-polariton system [4,5], showing that strong polariton blockade [6] could be achieved if interactions were an order of magnitude stronger. Here, we report time resolved four-wave mixing experiments on a two-dimensional electron system embedded in an optical cavity [7], demonstrating that polariton-polariton interactions are strongly enhanced when the electrons are initially in a fractional quantum Hall state. Our experiments indicate that in addition to strong correlations in the electronic ground state, exciton-electron interactions leading to the formation of polaron polaritons [8-11] play a key role in enhancing the nonlinear optical response. Besides potential applications in realization of strongly interacting photonic systems, our findings suggest that nonlinear optical measurements could provide information about fractional quantum Hall states that is not accessible in linear optical response.Polaritons have recently attracted considerable interest, motivated by the fact that their interactions can be engineered almost at will through the tunability of their matter component. For example, strongly interacting Rydberg polaritons have recently been obtained using the nonlinear behavior of Rydberg excitations in an ensemble of atoms [12], which led to the demonstration of Rydberg polariton blockade [13] where the presence of a single polariton in a well-delimited region of space prevents the resonant injection of other polaritons. In parallel, efforts are being made to realize polariton blockade in condensed matter systems that hold great potential for realizing compact and integrated synthetic quantum materials [3]. Exciton polaritons in semiconductor materials are part light part matter particles that arise from the strong coupling of a quantum well exciton and a cavity photon [14]. These photonic particles inherit a nonlinear behavior from exciton-exciton interactions [2,15,16]. For efficient blockade to be obtained, the nonlinearity U needs to be greater than the inverse lifetime γ of the polaritons [6]. Recent state-of-the art experiments based on photon correlation measurements in semi-integrated microcavities attained optimized values of the ratio U/γ 0.1 in a photonic dot with about 3 µm 2 area [4,5]. These experiments represent the culmination of decade long technological developments aimed at increasing U/γ through reducing the photonic mode area [17][18][19] as well as increasing t...

show abstract

“…This result is compatible with other values reported in the literature [4,5,15,16,18,[41][42][43][44].…”

Section: B Fit Of Exciton-polariton Interaction Strengthsupporting

confidence: 93%

Section: Supplementary Materials For Nonlinear Optics In the Fractionasupporting

confidence: 87%

Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime

Knüppel

Ravets

Kroner

et al. 2019

Nature

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Following the estimates given in Ref. 26, we found that in our system the additional blueshift is about 2 and 3 times smaller than that involved by the exciton-exciton interaction at CX = −2 meV and CX = +0.5 meV, respectively. Since the obtained values of α 2 /α 1 are small and have large relative errors, this effect would provide only a small correction to our results.…”

Section: Discussionsupporting

confidence: 84%

“…In particular, we do not consider the saturation of exciton transitions 10,26 that is significant at large negative CX . Phase-space filling leads to a reduction of exciton oscillator strength thus causing an additional blueshift with increasing occupation numbers, which lowers the threshold for each of the σ ± components of the field.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Polariton-polariton interactions in microcavities under a resonant 10 to 100 picosecond pulse excitation

2013

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Experimental studies have been performed of the nonequilibrium transitions in multistable cavity-polariton systems under 10 ps long pulsed excitation, i.e., within nearly the shortest time scale necessary for the multistability to be revealed in GaAs-based microcavities. The experiments were aimed to determine the ratio of the strengths of the pair interactions between polaritons with parallel and antiparallel spins, which also was the question raised in a number of recent studies. We show that in contrast to the cases of continuous-wave or nanosecond long pumping conditions, in the fast pulse regime the system is not affected by the excitonic reservoir. The interaction between polaritons with opposite spins is definitely attractive at a nearly zero detuning of exciton and photon modes; as a result, optical response can be essentially multistable at a linearly polarized excitation. With increasing pulse duration up to 100 ps, the reservoir can start manifesting itself in a reduction of the spin multistability.

show abstract

“…Здесь E x и E c -энергия излуча-тельной рекомбинации экситона и энергия фотонного резонанса в микрорезонаторе соответственно. В нулевом магнитном поле в спектре ФЛ видна единственная линия, которая имеет линейную поляризацию ρ l > 90%, что является типичным для ФЛ конденсата в пла-нарных структурах или МС и объясняется влияни-ем поляритон-поляритонного взаимодействия, так как энергия конденсата поляритонов в этом случае ми-нимальна [4]. Степень линейной поляризация быстро уменьшается с ростом магнитного поля B и в полях B > 2.5 Tл обращается в нуль, как это видно из рис.…”

Section: экспериментunclassified

Исследования Конденсата Поляритонов В Микрорезонаторных Микростолбиках В Сильных Магнитных Полях -=sup=-*-=/Sup=-

Черненко¹,

Бричкин²,

Новиков³

et al. 2018

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

Фотолюминесценция неравновесного конденсата поляритонов в микростолбиках цилиндрической и прямоугольной форм, вытравленных на поверхности высокодобротного микрорезонатора на основе GaAs, исследована в магнитном поле до 12 Тл. Измерения выполнены при различных уровнях нерезонансной импульсной оптической накачки в широком диапазоне значений расстройки резонатора. Нерезонансное возбуждение создает значительную плотность экситонов в резервуаре, что позволяет ожидать сущест-венного влияния экситон-поляритонного взаимодействия, которое зависит от плотности накачки, на величину зеемановского расщепления и поляризацию. Измерения показали лишь незначительное изменение зеемановского расщепления и поляризации в сильных магнитных полях при максимально достижимом уровне накачки; следовательно, влияние экситон-поляритонного взаимодействия на поляритонную систе-му в нашем случае несущественно. Вместе с тем полученные данные позволили оценить плотность экситонов в резервуаре. В отличие от цилиндрических микростолбиков, фотолюминесценция конденсата из прямоугольных микростолбиков состоит из двух взаимно перпендикулярно линейно поляризованных линий, которые сохраняют высокую степень циркулярной поляризации даже в поле 12 Тл. Зеемановское расщепление в этом случае фактически не зависит от накачки, тогда как степени линейной и циркулярной поляризаций изменяются с накачкой, хотя эти изменения заметно меньше предсказанных теорией. Это указывает на значительное отклонение системы поляритонов в микростолбиках от термодинамически равновесной. DOI: 10.21883/FTP.2018.01.45311.35 ВведениеВ одной из недавних работ [1] было высказано пред-положение, что взаимодействие поляритонов с экси-тонами резервуара может существенно влиять на ве-личину расщепления спиновых подуровней конденсата поляритонов в магнитном поле и приводить к сильной зависимости этого расщепления от мощности нерезо-нансного лазерного возбуждения. Гипотеза, выдвину-тая в [1], заслуживает внимания, поскольку сильное поляритон-экситонное взаимодействие могло бы объяс-нить особенности в поведении поляризации и зеема-новского расщепления, наблюдавшиеся ранее в [2,3] и противоречащие теоретической модели. Для того чтобы проверить эту гипотезу, измерялась фотолюминесцен-ция конденсата поляритонов в микростолбиках (МС) цилиндрической и прямоугольной форм при различных уровнях нерезонансной оптической накачки наносекунд-ными импульсами в сильном магнитном поле. ЭкспериментОбразец, выращенный методом молекулярно-лучевой эпитаксии, состоит из четырех квантовых ям GaAs шириной 7 нм, разделенных барьерами AlAs шири-ной 4 нм, которые помещены в центр полуволново-го AlAs-микрорезонатора. Верхнее (нижнее) зеркало собрано из 32 (36) пар AlAs/Al 0.2 Ga 0.8 As. Добротность плоского микрорезонатора составляла Q ≈ 7000 и рас-щепление Раби -0 = 10.5 мэВ. Исследованные МС имели форму цилиндров диаметром d = 10 мкм и парал-лелепипедов с размерами сечения 7 × 15 мкм.Для магнитооптических измерений образец помещал-ся в камеру со сверхтекучим гелием, находящуюся в оптическом криостате со сверхпроводящ...

show abstract

Effect of Coulomb interaction on exciton-polariton condensates in GaAs pillar microcavities

Cited by 56 publications

References 33 publications

Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime

Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime

Polariton-polariton interactions in microcavities under a resonant 10 to 100 picosecond pulse excitation

Исследования Конденсата Поляритонов В Микрорезонаторных Микростолбиках В Сильных Магнитных Полях -=sup=-*-=/Sup=-

Contact Info

Product

Resources

About