[论文解读] 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 3

一句话总结

该论文展示了在微柱光学腔的几何受挫晶格中，通过设计实现的平坦能带，实现了激子-极化子的任意子凝聚。通过利用系统的非厄米特性，凝聚态形成于具有无限有效质量的非色散能带中，导致对无序极度敏感，并分裂为反映底层几何受挫的局域模式。

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.

研究动机与目标

• 在具有受控几何受挫的光子晶格中实现非色散（平坦）能带。
• 研究在非厄米条件下，此类平坦能带中玻色子凝聚的出现。
• 探索受挫、相互作用与耗散在塑造光与物质相干量子态中的相互作用。

提出的方法

• 通过设计几何受挫的微柱光学腔晶格以产生平坦能带。
• 利用系统的非厄米特性，稳定平坦能带中的极化子凝聚。
• 采用激子-极化子作为量子流体，探测非色散能带中的多体效应。
• 通过观察凝聚态模式的局域化，分析系统对无序的响应。
• 将平坦能带的本征态映射，以识别凝聚态的分裞性质。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在非厄米光子晶格中的平坦能带内实现玻色子凝聚？
• RQ2 几何受挫如何影响平坦能带中凝聚态的空间分布与局域化？
• RQ3 无序在多大程度上导致凝聚态分裂为局域模式？
• RQ4 平坦能带中的无限有效质量在增强对无序的敏感性方面起什么作用？
• RQ5 相互作用与耗散如何塑造该设计系统中的相干量子相？

主要发现

• 通过几何受挫的微腔晶格设计，成功实现了激子-极化子在平坦能带中的玻色子凝聚。
• 系统的非厄米特性使得即使在无色散条件下，也能稳定凝聚态。
• 凝聚态分裂为局域模式，其分布直接反映了由几何受挫产生的基本本征态。
• 由于平坦能带中的无限有效质量，凝聚态对无序表现出极端敏感性，导致空间局域化。
• 该系统为研究受挫、相互作用与耗散在量子相干相中的相互作用提供了受控平台。