[論文レビュー] Tomography of an ultrastrongly coupled polariton state using magneto-transport in the quantum regime

Gian L. Paravicini-Bagliani, Felice Appugliese+9 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2018

Strong Light-Matter Interactions被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、外部照射がなくても、キャビティ埋め込み2次元電子系における超強結合極子の電子的成分が直流抵抗率を顕著に変化させることを示した。これは真空中のフラクチュエーションが抵抗率に影響を与えることを確認するものである。サブTHz照射下での光励起輸送は、磁気輸送において局在状態と拡散状態の異なる役割を明らかにし、極子を介した輸送の量子的性質を強調している。

ABSTRACT

Hybrid excitations, called polaritons, emerge in systems with strong light-matter coupling. Usually, they dominate the linear and nonlinear optical properties with applications in quantum optics. Here, we show the crucial role of the electronic component of polaritons in the magneto-transport of a cavity-embedded 2D electron gas in the ultrastrong coupling regime. We show that the linear dc resistivity is significantly modified by the coupling to the cavity even without external irradiation. Our observations confirm recent predictions of vacuum-induced modification of the resistivity. Furthermore, photo-assisted transport in presence of a weak irradiation field at sub-THz frequencies highlights the different roles of localized and delocalized states.

研究の動機と目的

• 超強光物質結合下における極子の電子的成分が磁気輸送に与える役割を調査すること。
• 外部照射なしの状態で真空中のフラクチュエーションが抵抗率に与える影響を調べること。
• 弱いサブTHz照射下での光励起輸送を検討し、局在状態と拡散状態の寄与を区別すること。
• 量子領域における理論的予測である真空中の抵抗率変化を実験的に裏付けること。

提案手法

• キャビティ埋め込み2次元電子系を用いて、光と物質の超強結合を実現した。
• 磁場の関数としての線形直流抵抗率を測定し、輸送特性を調べた。
• 弱いサブTHz照射を適用して光励起輸送を誘発し、状態別寄与を調べた。
• 磁気輸送データの解析により、局在状態と拡散状態の極子状態を区別した。
• 理論的予測による真空中の抵抗率変化を実験的妥当性の基準として用いた。
• 古典的励起応答から分離するため、量子領域の条件に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部照射がなくても、超強光物質結合は2次元電子系の直流抵抗率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 量子領域において、真空中のフラクチュエーションは抵抗率に測定可能な変化を引き起こす程度はどの程度か？
• RQ3 サブTHz励起下での光励起輸送において、局在状態と拡散状態がそれぞれどのように寄与するか？
• RQ4 実験的観察は、最近の理論的予測である真空中の抵抗率変化を確認できるか？
• RQ5 極子状態は超強結合領域における磁気輸送にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 外部照射がなくても、キャビティとの超強結合により線形直流抵抗率が顕著に変化し、真空中のフラクチュエーションによる抵抗率変化が確認された。
• 弱いサブTHz照射下での光励起輸送は、局在状態と拡散状態が輸送に異なる寄与をしていることを明らかにした。
• 観測された抵抗率変化は、量子領域における真空中の効果に関する理論的予測と整合的である。
• 極子の電子的成分が輸送挙動を決定づける重要な役割を果たしており、強い多体効果を示している。
• 超強結合極子の量子的性質により、非自明な磁気輸送応答を示した。
• 照射下では拡散状態の極子が輸送を支配するが、外部場がない状態では局在状態が抵抗率の異常を引き起こしている。