УДК: 538.9 535.14

Квантовые флуктуации в системе экситонных поляритонов в полупроводниковом микрорезонаторе

Демирчян С.С., Худайберганов Т.А., Честнов И.Ю., Алоджанц А.П.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Демирчян С.С., Худайберганов Т.А., Честнов И.Ю., Алоджанц А.П. Квантовые флуктуации в системе экситонных поляритонов в полупроводниковом микрорезонаторе // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 2. С. 10–18.

Demirchyan S.S., Khudayberganov T.A., Chestnov I.Yu., Alodzhants A.P. Quantum fluctuations in a system of exciton polaritons in a semiconductor microcavity [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 2. P. 10–18.

Ссылка на англоязычную версию:

S. S. Demirchyan, T. A. Khudaĭberganov, I. Yu. Chestnov, and A. P. Alodzhants, "Quantum fluctuations in a system of exciton polaritons in a semiconductor microcavity," Journal of Optical Technology. 84(2), 75-81 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000075

Аннотация:

Выполнен анализ влияния квантовых флуктуаций на свойства экситонных поляритонов в образце, помещённом в плоский полупроводниковый микрорезонатор. Анализ проведён с учётом нелинейного взаимодействия между экситонами и в присутствии теплового резервуара. Получены точные решения для обобщенной P-функции Глаубера в адиабатическом пределе. Предсказана гигантская группировка экситонов. Обнаружено, что присутствие квантовых шумов приводит к метастабильности однородного решения, относящегося к нижней ветви бистабильности.

Ключевые слова:

экситон-поляритоны, бистабильность, спектр флуктуаций, P-представление

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых № МК-2988.2017.2, грантов РФФИ № 15-59-30406, 15-52-52001, 16-32-60102 и 14-02-97503; министерства образования и науки РФ, гос. задание на 2017–2019 гг. № 16.1123.2017/ПЧ.

Коды OCIS: 240.5420, 270.2500

Список источников:

1. Bachor Hans-A., Ralph T.C. A guide to experiments in quantum optics. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, 2004. 421 p.
2. Lambert N., Chen Yueh-Nan, Cheng Yuan-Chung, Li Che-Ming, Chen Guang-Yin, Nori F. Quantum biology // Nature Physics. 2013. V. 9. P. 10.
3. Walls D.F., Milburn G.J. Quantum optics. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heildelberg, 2008. 425 p.
4. Heshami Kh., England D.G., Humphreys P.C, Bustard P.J, Acosta V.M., Nunn J., Sussman B.J. Quantum memories: emerging applications and recent advances // Journal of Modern Optics. 2016. V. 63. № 20. P. 2005–2028.

5. Dalfovo F., Giorgini S., Pitaevskii L.P., Stringari S. Theory of Bose–Einstein condensation in trapped gases // Rev. Mod. Phys. 1999. V. 71. P. 463.
6. Deng H., Haug H., Yamamoto Y. Exciton-polariton Bose–Einstein condensation // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. P. 1489.
7. Kasprzak J., Richard M., Kundermann S., Baas A., Jeambrun P., Keeling J.M.J., Marchetti F.M., Szymanska M.H., Andre´ R., Staehli J.L., Savona V., Littlewood P.B., Deveaud B., Le Si Dang. Bose–Einstein condensation of exciton polaritons // Nature. 2006. V. 443. P. 409.
8. Kavokin A.V., Malpuech G. Thin films and nanostructures: cavity polaritons. San Diego: Elsevier, 2003. 235 p.
9. Deng H., Weihs G., Santori Ch., Bloch J., Yamamoto Y. Condensation of semiconductor microcavity exciton polaritons // Science. 2002. V. 298. P. 199.
10. Pagel D., Fehske H., Sperling J., Vogel W. Strongly entangled light from planar microcavities // Phys. Rev. A. 2012. V. 86. P. 052313.
11. Demirchyan S.S., Chestnov I.Yu., Alodjants A.P., Glazov M.M., Kavokin A.V. Qubits based on polariton rabi oscillators // Phys. Rev. Letts. 2014. V. 112. P. 196403.
12. Love A.P.D., Krizhanovskii N., Whittaker D.M., Bouchekioua R., Sanvitto D., Al Rizeiqi S., Bradley R., Skolnick M.S., Eastham P.R., Andre R., Le Si Dang. Intrinsic decoherence mechanisms in the microcavity polariton condensate // Phys. Rev. Letts. 2008. V. 101. P. 067404.
13. Kavokin A.V., Sheremet A.S., Shelykh I.A., Lagoudakis P.G., Rubo Yu.G. Exciton-photon correlations in bosonic condensates of exciton polaritons // Scientific Reports. 2015. V. 5. P. 12020.
14. Ciuti C., Savona V., Piermarocchi C., Quattropani A., Schwendimann P. Role of the exchange of carriers in elastic exciton-exciton scattering in quantum wells // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. Iss. 12. P. 7926.
15. Wouters M., Carusotto I. Parametric oscillation threshold of semiconductor microcavities in the strong coupling regime // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. Iss. 7. P. 075332.
16. Yulin A.V., Egorov O.A., Lederer F., Skryabin D.V. Dark polariton solitons in semiconductor microcavities // Phys. Rev. A. 2008. V. 78. P. 061801_R.
17. Lax M. Fluctuation and coherence phenomena in classical and quantum physics. N.Y.: Science Publishers Inc., 1968. 209 p.
18. Хакен Г. Синергетика: иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985. 424 c.
19. Carmichael H.J., Walls D.F. A quantum-mechanical master equation treatment of the dynamical Stark effect // J. Phys. B: Atom. Molec. Phys. 1976. V. 9. P. 1199–1219.
20. Drummond P.D., Gardiner C.W. Generalised P-representations in quantum optics // J. Phys. 1980. V. 13. P. 2353–2368.
21. Chaturvedi S., Gardiner C.W., Matheson I.S., Walls D.F. Stochastic analysis of a chemical reaction with spatial and temporal structures // J. Stat. Phys. 1977. V. 17. Iss. 6. P. 469–489.
22. Gardiner C.W. Adiabatic elimination in stochastic systems. II. Application to reaction diffusion and hydrodynamiclike systems // Phys. Rev. A. 1984. V. 29. P. 2814.
23. Drummond P.D., McNeil K.J., Walls D.F. Non-equilibrium transitions in sub/second harmonic generation // Optica Acta: International Journal of Optics. 1981. V. 28. № 2. P. 211–225.
24. Jahnke F., Gies C., Asmann M., Bayer M., Leymann H., Foerster A., Wiersig J., Schneide C., Kamp M., Hofling S. Giant photon bunching, superradiant pulse emission and excitation trapping in quantum-dot nanolasers // Nature Communication. 2016. V. 7. № 11. P. 1–7.