Microscopic modelling of exciton-polariton diffusion coefficients in atomically thin semiconductors
在例如通过将半导体集成到光学微腔中来实现的强光-物质耦合机制中，形成了作为新的混合光-物质准粒子的极化激元。色散关系的相应变化对半导体的光学、动力学和输运行为有很大的影响。在这项工作中，我们研究了hBN封装的MoSe $_2$单分子膜中的强耦合机制，重点是激子极化激元扩散。应用微观方法的激子密度矩阵形式主义结合Hopfield方法的基础上，我们预测的扩散系数急剧增加两到三个数量级的强耦合制度。我们解释了这种行为由更大的极化激元群速度和抑制极化激元-声子散射通道的情况下裸激子。我们的研究有助于更好地理解原子级薄半导体中的极化激元扩散。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Signatures of dark excitons in exciton-polariton optics of transition metal dichalcogenides
研究了暗激子对hBN封装的WSe$_2$和MoSe$_2$单层动量分辨吸收谱的影响，发现声子介导的散射使WSe$_2$下极化激元支吸收显著增强，为通过动量分辨吸收确定暗激子态能量提供了新思路。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cavity exciton-polaritons in two-dimensional semiconductors from first principles
二维半导体微腔可以形成激子-极化激元，是探索和操纵光与物质相互作用的一种很有前途的方法。本文利用第一性原理传播子方法研究了二维激子与金属腔光子的耦合。激子-光子耦合的强度的特征在于其拉比分裂为两个激子-极化激元，这可以通过腔厚度来调节。在phosporene腔中实现了128 meV的最大分裂，而在单层hBN器件中预测了约440 meV的显著值。在WS $_2$微腔中得到的Rabi分裂与最近的实验非常一致。目前的方法可以帮助预测和提出潜在的设置捕获强大的二维激子极化激元凝聚。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Observation of Rydberg exciton polaritons and their condensate in a perovskite cavity
半光半物质激子极化激元在半导体光学腔中的凝聚是固态平台中宏观量子相干性的一个显著例子。量子相干性只有在激子成分提供的激子极化激元之间存在强相互作用时才有可能。高主值里德伯激子在冷原子中表现出较强的偶极-偶极相互作用。然而，激子成分为激发态的极化激元，即里德堡激子极化激元（REP），尚未在实验上观察到。在这里，我们第一次观察到在没有任何外部场的情况下，在单晶CsPbBr 3钙钛矿腔中形成REP。这些极化激元表现出强烈的非线性行为，导致相干极化激元凝聚体具有显著的蓝移。此外，CsPbBr 3中的REP是高度各向异性的，并且具有大的消光比，这是由钙钛矿的正交晶体结构引起的。我们的观测不仅揭示了高阶激发态相干极化激元系统中多体物理的重要性，而且为探索这些相干相互作用在固态量子光学信息处理中的应用奠定了基础.
2019-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polaritons and exciton localization from a first-principles interacting Green's function formalism
提出基于 BSE 的从头算相互作用 Green 函数框架，以动力学电子–空穴交换作用描述激子–极化激元，并在多种材料中验证其局域化、偶极矩增强及色散预测能力。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Prediction of hyperbolic exciton-polaritons in monolayer black phosphorus
双曲极化激元具有很大的光子态密度，并且在一定的传播方向上可以被准直。大多数双曲极化激元在人造超材料中得以维持。然而，自然存在的双曲材料也存在。特别地，层状材料中的自然面内双曲极化激元已在MoO 3和WTe 2中得到证实，它们分别基于声子和等离子体共振。在这里，通过确定各向异性的光学电导率（介电函数），通过光学光谱，我们预测，单层黑磷自然主机双曲激子极化激元由于显着的面内各向异性和强激子共振。在反射光谱中，我们同时观察到高质量单层样品中强而尖锐的基态激子峰和较弱的激发态，这使我们能够确定激子结合能为~452 meV。我们的工作为平面内自然双曲极化激元提供了另一个有吸引力的平台，它是基于激子而不是声子或等离子体激元。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing dark exciton signatures in polariton spectra of 2D materials
该研究通过理论与实验结合，揭示了在基于钨的TMD材料中暗激子对极化激元光谱的显著影响，通过调节腔失谐控制声子驱动散射通道的开启与关闭，从而在光谱中产生特征性急剧变化，为利用极化激元对纳米材料进行指纹识别提供了新方法。
2024-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analysis of exciton-polariton condensation under different pumping schemes for 1D and 2D microcavities including the effect of strong correlation between polaritons
本文通过有限差分和四阶龙格-库塔方法模拟一维和二维微腔中不同泵浦方案下的激子-极化激元凝聚，在平均场方程中纳入强关联效应，揭示了动力学中类似极化激元阻塞的条件。
2025-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.NA
Valley-Polarized Exciton-Polaritons in a Monolayer Semiconductor
过渡金属二硫属化物的单层是二维直接带隙半导体，在电子结构中具有简并但不等效的“谷”，其可以被偏振光选择性地激发。当这些材料与光子强耦合时，已经观察到光和物质的相干叠加，激子-极化激元，但是这些混合准粒子不利用单层过渡金属二硫属化物的谷敏感激发。在这里，我们证明了谷极化激子极化激元在单层的MoS $_2$嵌入在介电微腔的证据。与传统的微腔激子-极化激元不同，这些轻物质准粒子发射具有光谱拉比分裂的偏振光。腔修改激子动力学和谷间弛豫的相互作用，在高协同制度导致谷极化激子极化激元持续到室温，不同的裸单分子膜中消失的极化。实现在室温下工作的偏振敏感极化激元器件为操纵光和物质相干态中的新颖谷自由度提供了一条途径。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetically-dressed CrSBr exciton-polaritons in ultrastrong coupling regime
光子与物质激发态（如激子、声子和磁振子）之间的强耦合在光-物质相互作用的研究中至关重要。强的光-物质耦合是飞行态和静止量子态之间的桥梁，它使量子信息的相干传输、存储和处理成为可能，这对于构建光子量子网络至关重要。在过去的几十年里，激子-极化激元由于其半光半物质的玻色子性质而吸引了大量的研究兴趣。耦合激子极化激元与磁序授予访问丰富的多体现象，但已被限制的材料系统，表现出同时激子共振和磁序的可用性。在这里，我们报告磁修饰的微腔激子极化激元在范德华反铁磁（AFM）半导体CrSBr耦合到一个Tamm等离子体微腔。角分辨光谱揭示了一个非常高的激子极化激元耦合强度达到169毫电子伏，表现出超强耦合，持续到室温。温度依赖激子极化激元光谱传感器的磁性顺序从AFM的顺磁性CrSBr的变化，确认其磁性的性质。通过施加面外磁场，在保持激子-光子耦合强度的同时，进一步实现了极化激元能量的有效调谐，这归因于自旋倾斜过程对层间激子相互作用的调制。我们的工作提出了一种由鲁棒的光-电-磁耦合实现的混合量子平台，有望用于量子互连和换能器。
2023-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Revealing the dark side of a bright exciton polariton condensate
玻色子的凝聚导致了超流性或超导性等壮观的现象。理解凝聚粒子的性质对于主动控制这种量子相位至关重要。快速的可能性出现在光-物质耦合激发的凝聚体中，例如激子极化激元，光子与类氢束缚电子-空穴对的杂化。到目前为止，只有光子分量已经解决，而即使是在凝聚态激子的存在受到了挑战。在这里，我们跟踪极化子凝聚物的物质成分，通过监测激子内太赫兹跃迁。我们研究了一个光暗激子库是如何形成和馈送简并态的。与原子气体不同，激子中的类原子跃迁在宏观基态布居上显著地重整化。我们的研究结果建立了极化激元凝聚和光子激射之间的根本差异，并为凝聚体的相干控制提供了可能性。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced nonlinear interaction of polaritons via excitonic Rydberg states in monolayer WSe2
强光学非线性在实现量子光子技术中发挥着核心作用。在固态系统中，激子-极化激元是实现这种非线性的一个有吸引力的候选者，它是由材料激发和腔光子的杂化产生的。在这里，激子之间的相互作用形成了极化激子非线性的基础。虽然基态激子之间的相互作用产生显著的光学非线性，但是这种基态相互作用的强度通常不足以达到量子非线性光学和强单极化激子相互作用的范围。然而，激发态具有增强的相互作用，因此有望进入单光子非线性的量子域，如冷原子系统的高位里德堡态所示。最近在单层过渡金属二硫属化物中观察到了处于激发态的激子。在这里，我们证明了激子极化激元的形成使用的第一激发激子态在单层二硒化钨（WSe 2）嵌入在微腔中。由于较大的激子尺寸相比，其基态对应物，实现的极化激元表现出增强的非线性响应超过一个数量级，证明通过修改的腔拉比分裂。二维半导体中激发激子-极化激元及其增强的非线性响应的演示，为在固态系统中产生强光子相互作用迈出了第一步，这是量子光子技术的必要组成部分。
2019-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Role of Long-lived Excitons in the Dynamics of Strongly Coupled Molecular Polaritons
在强耦合激子-极化激元系统中修改分子动力学的概念是光子学中的新兴主题，这是由于其产生具有定制物理性质的定制化学系统的潜力。然而，在实现这类系统之前，必须解决有关化学体系中激子-极化激元与局域激发态之间电子相互作用的性质和强度以及测量这种相互作用的适当方法的公开问题。在这里，我们使用瞬态光谱研究激子极化激元，单重态激子，和三重态激子之间的动态相互作用的分子单重态裂变系统，是强耦合到一个光学微腔。我们确定了一些主要的限制，修改分子动力学在强耦合制度。同时激发腔极化激元和“库”状态，定义为暗极化激元和暗激子（例如三重态）从耦合分子和激子从非耦合分子，总是发生。此外，从库状态到腔极化激元的缓慢转换导致总体布居动态的最小变化。此外，我们演示了如何除了通常的人口动力学，瞬态光学测量微腔揭示有关修改激子极化激元跃迁能量的信息，由于分子的激发态和激子-光子耦合条件的人口的变化。由于储库状态和腔极化激元之间的弱相互作用，需要明智的设计考虑来实现修改的化学动力学，需要使用具有长激发态寿命的分子系统或需要少量分子的强耦合方法。
2020-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Long-range self-hybridized exciton polaritons in two-dimensional Ruddlesden-Popper perovskites
本文证明二维Ruddlesden-Popper钙钛矿薄片通过自杂化效应实现室温下强激子-光子耦合，形成具有高耦合效率和低损耗定向传播的长程激子极化激元。
2024-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exciton-polaritons in transition-metal dichalcogenides and their direct excitation via energy transfer
激子是电子-空穴复合准粒子，在许多半导体材料的光电现象中起着重要的作用。最近的实验和理论表明，新发现的单层过渡金属二硫属化物（TMD）的带隙光学是由紧密束缚的谷激子控制的。在这些二维系统中，激子与长程电磁场的强相互作用可以显著地影响它们的本征性质。在这里，我们开发了一个半经典的框架内固有激子极化激元在单层TMD，对待他们的色散和辐射衰减在同一个立足点，并可以将介电环境的影响。它演示了谷间和谷内长程相互作用如何影响极化激子本征态的色散和衰减。我们还表明，激子极化激元可以有效地激发通过共振能量转移从量子发射体，如量子点，这可能是有用的各种应用。
2015-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards room-temperature superfluidity of exciton polaritons in an optical microcavity with an embedded MoS$_2$ monolayer
通过考虑激子极化激元在嵌入二硫化钼单层的光学微腔中的驱动扩散动力学，我们确定了实验相关的参数范围，在该范围内可以观察到室温超流性。结果表明，在激光抽运功率为$P>600$ mW，俘获势强度为$k > 50$ eV/cm $^2$时，俘获极化激元气体中发生超流跃迁.我们还提出了一个简单的分析模型，提供了一个有用的估计的极化激元气体密度，这使得人们能够确定观察室温极化激元超流性的条件。
2016-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-temperature polaron-mediated polariton nonlinearity in MAPbBr3 perovskites
支持激子-极化激元的系统代表具有由激子-激子相互作用提供的强的内置光学非线性的固态光学平台。在具有类氢激子的传统半导体中，非线性率与结合能成反比。这使得激子在室温下稳定，弱相互作用，这显然限制了相应材料的非线性光子学的实际应用的可能性。我们从实验和理论上证明，这些限制可以在混合钙钛矿，如MAPbBr 3由于介导粒子间相互作用的极化子效应的关键作用，大大软化。激子-极化子-极化激元在室温下保持稳定和强相互作用，这是由共振飞秒激光脉冲激发下的较低的极化激元分支能量的大的非线性蓝移证实。我们的研究结果打开了新的视角在环境条件下的激子极化激元非线性的管理。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mean-field Mixed Quantum-Classical Approach for Many-Body Quantum Dynamics of Exciton-Polaritons
本研究提出一种结合多轨迹Ehrenfest方法与Gross-Pitaevskii方法的平均场混合量子-经典多体方法，用于模拟超出单激发子空间的激子及激子-极化激元量子动力学，分析了声子诱导动态无序、多体相互作用等因素对其动力学行为的非线性影响。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Quantum Many-Body Theory for Exciton-Polaritons in Semiconductor Mie Resonators in the Non-Equilibrium
我们在广义哈伯德哈密顿量的框架内实现了外激发ZnO Mie谐振器，以研究激子和激子-极化激元的寿命。我们的结果来自Floquet-Keldysh-Green的形式主义与动态平均场论（DMFT）和二阶迭代微扰理论求解器（IPT）。我们发现，Fano共振起源于耦合的连续的电子态密度的半导体米氏谐振器产生的极化激元的寿命在0.6 ps和1.45 ps之间。这些结果进行了比较，ZnO偏振激元激光器和ZnO随机激光器。我们解释的激子极化激元寿命的峰值在我们的结果作为一个信号的增益变窄，这可能会导致稳定的极化激元激光模式在单激发ZnO米氏谐振器。这种形式的增益可能导致非平衡状态下ZnO Mie谐振器系综中的极化激元随机激射。
2020-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
