[論文レビュー] Bosonic condensation in a flat energy band

F. Baboux, Li Ge+9 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2015

Strong Light-Matter Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、マイクロピラー光学キャビティの幾何的フラストレーションを持つ格子で設計された平坦なエネルギー準位に、励起子ポラリトンのボソン的凝縮を示している。非エルミート的性質を活用することで、無限大の有効質量を持つ分散のない準位に凝縮が形成され、不規則性に対して非常に敏感になり、幾何的フラストレーションを反映した局在モードに分割されることになる。

ABSTRACT

We report on the engineering of a non-dispersive (flat) energy band in a geometrically frustrated lattice of micro-pillar optical cavities. By taking advantage of the non-hermitian nature of our system, we achieve bosonic condensation of exciton-polaritons into the flat band. Due to the infinite effective mass in such band, the condensate is highly sensitive to disorder and fragments into localized modes reflecting the elementary eigenstates produced by geometric frustration. This realization offers a novel approach to studying coherent phases of light and matter under the controlled interplay of frustration, interactions and dissipation.

研究の動機と目的

• 幾何的フラストレーションを制御可能な光格子で平坦（分散なし）なエネルギー準位を実現すること。
• 非エルミート的条件下におけるこのような平坦準位でのボソン的凝縮の出現を調査すること。
• フラストレーション、相互作用、散逸の相乗効果が、光と物質の秩序ある量子相をどのように形作るかを明らかにすること。

提案手法

• 幾何的フラストレーションを持つマイクロピラー光学キャビティの格子を設計し、平坦なエネルギー準位を生成すること。
• 系の非エルミート的性質を活用して、平坦準位におけるポラリトン凝縮の安定化を実現すること。
• 励起子ポラリトンを量子流体として用い、分散のない準位における多体効果を調べること。
• 凝縮モードの局在化を観測することで、系の不規則性への応答を分析すること。
• 平坦準位の固有状態をマッピングし、凝縮の断片化の性質を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非エルミート的光格子内の平坦エネルギー準位でボソン的凝縮を達成できるか？
• RQ2 幾何的フラストレーションは、平坦準位における凝縮の空間的分布および局在化にどのように影響するか？
• RQ3 不規則性が、凝縮を局在モードに断片化させる程度はどの程度か？
• RQ4 平坦準位における無限大の有効質量が、不規則性への感受性をどのように強化するか？
• RQ5 相互作用と散逸は、この設計された系における秩序ある量子相をどのように形作るか？

主な発見

• 励起子ポラリトンのボソン的凝縮が、幾何的フラストレーションを持つマイクロキャビティ格子によって設計された平坦エネルギー準位で成功裏に達成された。
• 系の非エルミート的性質のおかげで、分散が存在しないにもかかわらず凝縮が安定化された。
• 凝縮は、幾何的フラストレーションに起因する基本固有状態を直接反映した局在モードに断片化した。
• 平坦準位における無限大の有効質量のおかげで、凝縮は不規則性に対して極めて感受性を示し、空間的局在化を示した。
• 本系は、フラストレーション、相互作用、散逸の相乗効果が秩序ある量子相に与える影響を制御されたプラットフォームで研究できる。