Höchstaufgelöste Spektroskopie an dichten Exziton- und Polaritonphasen in optischen Fallen und Gittern
Final Report Abstract
Ausgehend von umfassenden Vorarbeiten an Cu2O und Mikrokavitäten in der Dortmunder Arbeitsgruppe wurden im Rahmen dieses Projektes einerseits neue Methoden höchstauflösender Spektroskopie entwickelt, andererseits innovative Konzepte zur Untersuchung und Manipulation von hochdichten Polaritonphasen demonstriert. Im Bereich der höchstauflösenden Spektroskopie ist insbesondere die Realisierung einer doppelt resonanten Summenfrequenzspektroskopie mittels zweier frequenzstabilisierter Lasersysteme hervorzuheben, die eine präzise Untersuchung der blauen Exziton-Serie trotz starker Absorption in Cu2O ermöglichte. Desweiteren konnten mit Hilfe hochaufgelöster Absorptionsmessungen riesige Rydberg-Exzitonen mit Hauptquantenzahlen bis zu n=25 beobachtet werden – ein bis dahin unerreichter Wert. Die Ausdehnung dieser Exzitonen, aus der auch gigantische Wechselwirkungseffekte zwischen den Exzitonen resultieren, liegt im µm-Bereich. Die Identifizierung von belastbaren Signaturen hochdichter Exzitonphasen in Form eines Kondensates erwies sich in Cu2O trotz intensiver Bemühungen als sehr schwierig. Im Fortgang erfolgte daher eine zunehmende Fokussierung auf detaillierte Untersuchungen an Polaritonkondensaten in Mikrokavitäten statt. Hierbei konnte insbesondere eine Manipulation und Steuerung von Polaritonkondensaten mittels maßgeschneiderter optischer Fallen realisiert werden, was für potentielle künftige Anwendungen, wie beispielsweise die Realisierung von polaritonischen Schaltkreisen, von Bedeutung sein kann.
Publications
- Determination of operating parameters for a GaAs-based polariton laser, Applied Physics Letters 102, 081115 (2013)
Johannes Schmutzler, Franziska Veit, Marc Aßmann, Jean-Sebastian Tempel, Sven Höfling, Martin Kamp, Alfred Forchel, and Manfred Bayer
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4794144) - Signatures of coherent propagation of blue polaritons in Cu2O, Physical Review B 87, 245202 (2013)
Johannes Schmutzler, Dietmar Fröhlich, and Manfred Bayer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.245202) - Giant Rydberg excitons in the copper oxide Cu2O, Nature 514, 343 (2014)
Tomasz Kazimierczuk, Dietmar Fröhlich, Stefan Scheel, Heinrich Stolz and Manfred Bayer
(See online at https://doi.org/10.1038/nature13832) - Influence of interactions with noncondensed particles on the coherence of a onedimensional polariton condensate, Physical Review B 89, 115119 (2014)
Johannes Schmutzler, Tomasz Kazimierczuk, Ömer Bayraktar, Marc Aßmann, Sebastian Brodbeck, Martin Kamp, Christian Schneider, Sven Höfling, and Manfred Bayer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.115119) - Nonlinear spectroscopy of exciton-polaritons in a GaAs-based microcavity, Physical Review B 90, 075103 (2014)
Johannes Schmutzler, Marc Aßmann, Thomas Czerniuk, Martin Kamp, Christian Schneider, and Sven Höfling, and Manfred Bayer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.075103) - All-optical flow control of a polariton condensate using only non-resonant excitation, Physical Review B 91, 195308 (2015)
Johannes Schmutzler, Przemyslaw Lewandowski, Marc Aßmann, Dominik Niemietz, Stefan Schumacher, Martin Kamp, Christian Schneider, Sven Höfling, and Manfred Bayer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.195308)
