Kohärente akustische Oberflächenphononen gesteuert durch strukturiertes Licht zur Modulation von planaren Exziton-Polariton-Wellenleitern in Raum und Zeit

• Antragsteller: Dr. Anton Samusev
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529710370

Die ultraschnelle Akusto-Optik befasst sich mit ultrakurzen optisch angeregten Spannungsimpulsen von Pikosekundendauer, die durch Wellenpakete kohärenter akustischer Phononen mit Frequenzen von GHz bis THz repräsentiert werden. Bei Anwendung auf einen Halbleiter führt die dynamische Spannung zu Energieverschiebungen der elektronischen, exzitonischen und photonischen Resonanzen. Dies wiederum kann zur ultraschnellen und hocheffizienten Modulation von reflektiertem, gestreutem oder emittiertem Licht genutzt werden. Solche rein optischen Geräte, bei denen Licht durch Licht über akustische Phononen manipuliert wird, sind sowohl von angewandtem als auch von grundlegendem Interesse. Einerseits sind solche Systeme in der Lage, Informationen auch im quantenmechanischem Grenzfal zu übertragen und zu speichern. Andererseits können innerhalb dieses Konzepts Phononen-bezogene mikroskopische Eigenschaften verschiedener Systeme angesprochen und entsprechende zugrunde liegende Mechanismen aufgedeckt werden.In diesem Projekt werden wir planare Halbleiterplatten untersuchen, die resonante Hybridzustände unterstützen, die aus der starken Kopplung von Exzitonen mit hoher Oszillatorstärke an optisch geführte Moden, d. h. geführte Exziton-Polaritonen, entstehen. Die exzitonische Reaktion der gewählten Strukturen (mehrere InGaAs-Quantentöpfe, eingebettet in eine GaAs-Platte und ein dünner kristalliner CsPbBr3-Perowskitfilm) wird es uns ermöglichen, die spannungsinduzierten optischen Effekte zu maximieren. Die gegenseitige Wechselwirkung und Freiraum-Auskopplung geführter Exziton-Polaritonen in diesen Systemen wird durch kohärente akustische Oberflächenphononen induziert, wodurch komplexe Quasiteilchen entstehen – Oberflächen-Exziton-Phonon-Polaritonen. Im Rahmen des Projekts werden wir ihre räumliche und zeitliche Dynamik umfassend untersuchen.Die bemerkenswertesten Eigenschaften von Exziton-Polaritonen – hohe optische Nichtlinearität und hohe zeitliche und räumliche Kohärenz – werden durch Phonon-vermittelte Polariton-Dispersionstechnik weiter verstärkt. Insbesondere werden wir zum ersten Mal einen hohen-Q polaritonisch gebundenen Zustand im Kontinuum und das Regime des außergewöhnlichen punktgesteuerten Polariton-Laserns realisieren, die beide durch kohärente akustische Oberflächenphononen ermöglicht werden. Wir sind überzeugt, dass diese Studien wesentlich zur Entwicklung ultraschneller aktiver und passiver akusto-optischer Geräte integriert auf einem Chip beitragen werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle