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华东师大科研团队实现室温BEC全光超快开关

2022年08月02日 学术卓越

  7月29日,国际学术期刊 Physcial Review Letters 报道了华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健教授团队及合作者在基于激子极化激元的室温玻色爱因斯坦凝聚(BEC)全光超快开关方面的最新进展。该工作以“Optically Controlled Femtosecond Polariton Switch at Room Temperature”为题发表,入选 Editors’Suggestions 和 Featured in Physics,并被美国物理学会网站Physics.aps.org以“Ultrafast Switch from a Bose-Einstein Condensate”为题作为Focus进展报道。

  半导体中激子和光子能够通过强耦合实现一种准粒子态,即激子极化激元。这种准粒子是玻色子,光子成分的存在使得它具有非常轻的有效质量(约为电子质量的10-4倍),能够在高温下实现BEC。激子极化激元还可以与光进行相互作用,从而实现多种光控功能器件。之前已经报道的极化激元光开关,通过势垒的构建阻碍极化激元的流动,其切换时间为皮秒(10-12s)量级。华东师大研究团队关注到,对激子极化激元宏观凝聚体中光子成分的有效控制,有望大大提高开关速度。

全光控制激子极化激元室温超快开关

  室温下激子极化激元超快动力学过程的观测需要飞秒(10-15s)时间分辨。以往该领域的研究大多使用商用条纹相机,对于动力学过程的分辨水平被限制在了皮秒量级,无法实现室温BEC超快过程的探测。针对这一瓶颈,华东师大研究团队基于多年来在超快光学领域的研究积累,自主发展了飞秒角分辨光谱成像技术,能够对微区光致发光实现飞秒时间分辨测量,并且能够同时观测能量、动量、空间等多维信息的演化。基于此技术,华东师大研究团队与厦门大学、上海纽约大学研究者们合作,用飞秒脉冲将激子极化激元凝聚体中的光子成分通过参量散射瞬间耗尽,使得凝聚体宏观量子态在百飞秒时间尺度内快速关闭,实现了THz极化激元全光开关。这比早期的极化激元开关快至少一个数量级,且开关消光比高达60 dB(百万)以上,这是近30年来人们第一次实现BEC的飞秒时间尺度超快调控,对推动基于室温BEC的光子器件研制具有重要意义。

华东师范大学博士研究生陈飞、李辉副研究员、硕士研究生叶梓瑜(从右到左

  华东师范大学博士研究生陈飞为文章第一作者,李辉副研究员、Tim Byrnes教授、陈张海教授、吴健教授为论文的共同通讯作者。相关研究工作受到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委项目的大力支持。


附:

  论文链接:Phys. Rev. Lett. 129, 057402 (2022) - Optically Controlled Femtosecond Polariton Switch at Room Temperature (aps.org)



来源丨精密光谱科学与技术国家重点实验室、科技处 编辑丨杜玥 编审丨郭文君