Light-matter interaction of Exciton Polaritons at Telecommunication Wavelengths (LIEPOLATE)

• Applicant: Professor Dr. Martin Kamp
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 192757433

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

In diesem Vorhaben wurden quarternäre und quinternäre Quantenfilme basierend auf GaInAs(N,Sb) mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt, und systematisch hinsichtlich ihrer Anwendung in polaritonischen Lichtquellen optimiert. Um das Regime der starken Licht‐ Materie Wechselwirkung zu erreichen wurden zunächst die Emissionsintensitäten sowie die Inhomogenen Verbreiterungsmechanismen in diesem Quantenfilmen optimiert, insbesondere für Materialzusammensetzungen welche eine Emission bei der Telekommunikationswellenlänge um 1.3 µm aufweisen. Die optimierten Strukturen wurden anschließend in Mikrokavitäten integriert und ausführlich mittels Photolumineszenz und Reflexionsspektroskopie untersucht. Während in Strukturen mit stickstoff‐ oder antimonhaltigen Quantenfilmen konsistent keine starke Kopplung beobachtet werden konnte, wurde in optimierten Stukturen mit integrierten InGaAs Quantenfilmen erstmals das Regime der starken Kopplung um 1 µm in GaAs basierten Proben beobachtet, und darüber hinaus deutliche Signaturen der dynamischen Kondensation von Exziton‐Polaritonen in diesem System aufgezeigt. Die Ergebnisse stellen damit einen deutlichen Schritt in Richtung polaritonischer Lichtquellen bei Telekommunikationswellenlängen dar. Darüber hinaus stellt die möglichkeit der Beobachtung dynamischer Kondensationsef‐ fekte in Quantenfilmen mit hohem Indiumgehalt eine Interessante Möglichkeit dar, Polaritongase und fluide in der Präsenz starker exzitonischer Unordung und mit ausgeprägter Teilchen‐lokalisierung zu studieren, wobei das auftreten einer Anzahl neuer Effekte und Zustände in solchen Systemen zu erwarten ist.

Publications

• "On the oscillator strength in dilute nitride quantum wells on GaAs" J. Appl. Phys. 111, 123503 (2012)
  K. Ryczko, G. Sek, J. Misiewicz, F. Langer, S. Höfling, and M. Kamp
  
• "GaAs‐Based Quantum Well Exciton‐Polaritons beyond 1 µm" Acta Physica Polonica A 124, pp. 817‐820 (2013)
  M. Pieczarka, P. Podemski, A. Musial, K. Ryczko, G. Sek, J. Misiewicz, F. Langer, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel
  
• "Oscillator strength of optical transitions in InGaAsN/GaAsN/GaAs quantum wells" Optica Applicata 43, pp. 53‐60 (2013)
  A. Mika, G. Sek, K. Ryczko, M. Kozub, A. Musial, A. Marynski, J. Misiewicz, F. Langer, S. Höfling, T. Appel, M. Kamp, and A. Forchel
  
• "Verification of band offsets and electron effective masses in GaAsN/GaAs quantum wells: Spectroscopic experiment versus 10‐band k∙p modeling" J. Appl. Phys. 113, 233508 (2013)
  K. Ryczko, G. Sęk, P. Sitarek, A. Mika, J. Misiewicz, F. Langer, S. Höfling, A. Forchel, and M. Kamp
  
• "Low dimensional GaAs/air vertical microcavity lasers" Appl. Phys. Lett. 104 , 081113 (2014)
  J. Gessler, T. Steinl, A. Mika, J. Fischer, G. Sek, J. Misiewicz, S. Höfling, C. Schneider and M. Kamp