[论文解读] 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 2

一句话总结

本研究证明，即使在无外部辐照的情况下，超强耦合极化子的电子组分也能显著改变嵌入微腔的二维电子气中的直流电阻率，证实了真空诱导的电阻率变化。在亚太赫兹辐照下的光致输运揭示了局域态与非局域态在磁阻输运中的不同作用，凸显了极化子介导输运的量子本质。

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.

研究动机与目标

• 研究在超强光-物质耦合条件下，极化子的电子组分在磁阻输运中的作用。
• 探测在无外部辐照条件下，真空诱导的电阻率修改效应。
• 在弱亚太赫兹辐照下研究光致输运，以区分局域态与非局域态的贡献。
• 为量子 regime 中真空诱导电阻率变化的理论预测提供实验验证。

提出的方法

• 采用嵌入微腔的二维电子气，实现光与物质之间的超强耦合。
• 测量随磁场变化的线性直流电阻率，以探测输运特性。
• 施加弱亚太赫兹辐照，诱导光致输运并探测特定态的贡献。
• 分析磁阻输运数据，以区分局域态与非局域态极化子。
• 将真空诱导电阻率修改的理论预测作为实验验证的基准。
• 聚焦于量子 regime 条件，以分离本征多体效应与经典激发响应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无外部辐照的情况下，超强光-物质耦合如何改变二维电子气的直流电阻率？
• RQ2 在量子 regime 中，真空涨落能在多大程度上引起可测量的电阻率变化？
• RQ3 在亚太赫兹辐照下，局域态与非局域态对光致输运的贡献有何不同？
• RQ4 实验观测能否证实近期关于真空诱导电阻率变化的理论预测？
• RQ5 极化子态如何影响超强耦合 regime 中的磁阻输运？

主要发现

• 即使在无外部辐照的情况下，超强耦合到微腔也显著改变了线性直流电阻率，证实了真空诱导的电阻率变化。
• 在弱亚太赫兹辐照下的光致输运表明，局域态对输运的贡献与非局域态不同。
• 观测到的电阻率变化与量子 regime 中真空诱导效应的理论预测一致。
• 极化子的电子组分在决定输运行为中起关键作用，表明存在强烈的多体效应。
• 由于超强耦合极化子的量子本质，该系统表现出非平凡的磁阻输运响应。
• 在辐照条件下，非局域极化子态主导输运；而在无外部场时，局域态导致电阻率异常。