Optical Modulation Due to Energy Exchange Between Photonic and Exciton Modes in the Intermediate Coupling Regime
Department of Physics, Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生中心物理系）；Photonics Initiative, Advanced Science Research Center, City University of New York（纽约市立大学高级科学研究中心光子学计划）；School of Chemistry and Biochemistry, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院化学与生物化学学院、材料科学与工程学},{）
本文提出利用中间耦合 regime 中的激子-光子耦合实现高效光调制，通过能量-动量分辨的泵浦-探测光谱展示光响应依赖于激子与光子模式的能量偏移，为近红外光信号调制提供新途径。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exciton luminescence in resonant photonic crystals
在经典的麦克斯韦方程组的框架内，发展了一维共振光子晶体发光特性的唯象理论，其中偏振态的波动项代表非相干发射源.该理论是基于一个有效的一般方法来确定这些结构的线性响应，并考虑到形成的极化激元模式，由于其构成元素之间的相干辐射耦合。将所得结果应用于布拉格多量子阱结构，并将理论结果与实验结果进行了比较。它表明，这种系统的发射可以显着影响故意引入缺陷元素的结构。讨论了吸收光谱与发光光谱的关系。
2007-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant photonic crystals based on van der Waals heterostructures
我们提出使用具有光学带隙和高激子振子强度的二维单分子层作为一维共振光子晶体的元件。我们证明，这样的系统是有前途的有效和紧凑的延迟单元的创建。在布拉格和激子共振频率接近的过渡金属-二硫属化物基结构中，传播的短脉冲可以减慢几皮秒，而脉冲强度仅降低2 - 5倍。这是在位于阻带内的“慢”模式的频率处实现的。脉冲延迟和衰减可以通过使布拉格频率与激子共振频率失谐来控制。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley selective optical control of excitons in 2D semiconductors using Chiral metasurface
凝聚态物理的最新进展表明，具有六边形对称性的2D材料（如石墨烯、h-BN和TMD）中的电子的谷自由度可以被有效地利用，从而导致谷电子学（valleytronics）的新兴领域，其为有效的数据传输、计算和存储提供了独特的机会。将电子的谷自由度与光耦合的能力可以进一步扩展操纵这种自由度的方式，从而设想出一类新的固态光子接口和器件。除了这种通过光波控制谷的扩展之外，光子与谷偏振电子的耦合可以显著地扩展可用的光学响应的景观，这可能会带来光子器件中控制光的新手段。在这项工作中，我们设计了这样的混合固态光子元表面集成二维TMD和光子全介质元表面。而TMD具有谷-偏振耦合的特性，光子超颖表面被设计为产生手征场，手征场选择性地耦合到固态TMD器件的谷自由度。我们的实验表明，这种耦合导致受控谷偏振由于二维材料的手性光子超颖表面的耦合。在这个混合系统中，谷激子的测量发射产生比螺旋度的优先发射。
2018-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Controlling excitons in an atomically thin membrane with a mirror
我们展示了一种新的方法，用于动态操纵的光学响应的原子级薄的半导体，单层的MoSe 2，通过将其悬挂在金属镜。首先，我们表明，悬浮的范德华异质结构纳入MoSe 2单层主机空间均匀，寿命加宽的激子。然后，我们将这个近乎理想的激子系统与金属镜连接，并展示了对激子-光子耦合的控制。具体来说，通过机电改变异质结构和镜子之间的距离，从而改变了当地的光子态密度在一个可控的和可逆的方式，我们表明，激子的吸收和发射特性可以动态调制。这种在机械柔性、原子级薄半导体中对激子动力学的机电控制开辟了腔量子光学力学、非线性量子光学和拓扑光子学的新途径。
2019-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Resonant Photonic Quasicrystalline and Aperiodic Structures
我们从理论上研究了激子-极化激元在确定性非周期多量子阱结构中的传播，特别是在Fibonacci和Thue-Morse链中的传播。注意力集中在二维量子阱激子调谐到共振布拉格条件的结构上。超辐射或光子准晶体制度在这些结构中实现取决于井的数量。开发的理论的基础上的两波近似允许一个解析描述的精确的传输矩阵计算的透射率和反射率光谱在整个频率范围内，除了一个狭窄的区域附近的激子共振。在这个区域中的光谱和激子极化激元色散表现出标度不变性和自相似性，这可以解释的“带边”周期的轨迹图，在斐波那契结构的情况下，和零反射频率的情况下，Thue-Morse结构。
2009-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Control of Two-Dimensional Excitons
电偶极辐射可以通过相干光反馈来控制，如先前已经通过调制放置在光学腔和金属镜附近的点偶极的光子环境来研究的。在涉及荧光分子、捕获离子和量子点的实验中，偶极的点性质、其亚单位量子效率和退相干速率共同严重限制了总线宽的任何变化。在这里，我们表明，在单层二维（2D）材料MoSe ${}_2$的激子发射的横向相干性消除了许多基本的物理限制，目前在以前的实验。激子与位于MoSe ${}_2$和附近的平面镜之间的光子模式之间的相干相互作用在干涉测量上取决于镜位置，使得能够完全控制从近零到1.8 meV的辐射耦合率以及激子总线宽从0.9到2.3 meV的相应变化。高度辐射加宽的激子共振（在我们的样品中高达$3:1$的比率）观察这种调制是必要的，这是可能的最近的进展，在二维材料样品制造。我们的方法是免费的镜像平移应变或直流电场在单层，这使得这种光子效应的基础研究的任何耦合。在我们的实验中，弱相干驱动场产生的平均激发占据数为${\sim} 10^{-3}$，使我们的实验对应于微扰量子电动力学机制中的探测辐射反应。该系统将作为探索新的激子物理和量子非线性光学效应的实验平台。
2019-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid Exciton-Plasmon-Polaritons in van der Waals Semiconductor Gratings
范德瓦尔斯材料和异质结构表现出强束缚的室温激子态，表现出涌现的物理现象，并在光电应用中有很大的希望。在这里，我们证明了纳米结构的多层过渡金属二硫属化物本身提供了一个理想的平台，激发和控制激子模式，铺平了道路激子光子学。因此，我们表明，通过图案化的TMDC纳米谐振器，强色散和避免交叉的激子和混合极化激元的相互作用势超过410毫电子伏，可以控制具有很高的精度。我们进一步观察到，由于混合光子态的激发及其干扰，固有的强TMDC激子吸收共振可能被完全抑制。我们的工作为下一代集成激子光电纳米器件和光产生，计算和传感应用铺平了道路。
2019-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theory of nonlinear excitonic response of hybrid organic perovskites in the regime of strong light-matter coupling
我们提出了一个定量研究的非线性光学响应的层状钙钛矿放置在平面内的光子微腔中的政权的强光物质耦合，当激子和光子模式杂交，并产生腔极化激元。两个来源的非线性被指定，激子跃迁的饱和与增加的光泵和激子之间的库仑相互作用。它表明，特殊形式的相互作用势，特定于多层结构的有机钙钛矿，是负责激子结合能和拉比分裂相对于传统的半导体系统的大幅增加。这导致拉比分裂猝灭效应在非线性光学响应中的主要贡献。此外，由于激子的紧密束缚特性，莫特跃迁的密度基本上更高，允许达到约50 meV的极大极化子蓝移，这比传统半导体高一个数量级。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Control of Polaritonic Flatbands in Anisotropic van der Waals Metasurfaces
通过设计各向异性激发子材料的共振超材料，实现远场平板的拓扑控制与调控，利用其各向异性特性改变光子拓扑特征和光物质耦合行为。
2026-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmon-exciton polaritons in 2D semiconductor/metal interfaces
极化激元的实现和控制是新型光子器件的重要组成部分。在这里，我们调查的出现等离子激元极化激元的混合结构组成的二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDC）沉积到金属基板上或涂层的金属薄膜。我们确定的极化激元光谱，并表明，在前一种情况下，添加顶部介电层，并在后者中，金属膜的厚度，可以用来调整和促进等离子激元激子相互作用以及强耦合制度内。我们的研究结果表明，拉比分裂超过100毫电子伏，可以很容易地实现在平面介质/TMDC/金属结构在环境条件下。因此，我们相信，这项工作提供了一个简单而直观的图片，以定制强耦合plexcitonics，工程紧凑的光子器件具有可调的光学特性的潜在应用。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Highly directional and coherent emission from dark excitons enabled by bound states in the continuum
光禁戒暗激子是二维材料科学与技术中的一把双刃剑。一方面，由于它的长寿命，它在凝聚态物理、量子信息处理、光电子学等领域有着广泛的应用前景。另一方面，它是臭名昭著的是从激发和检测的立场是光学不可访问的。在这里，我们提供了一个有效的和低损耗的解决方案的困境，通过重新引入光子束缚态的连续（BIC）操纵暗激子的动量空间。在垂直入射的单层二硒化钨中，我们观察到了一个巨大的增强因子为~ 3，100的暗激子，其增强因子由具有固有面外电场的横向磁性BIC实现。通过进一步采用可广泛调谐的Friedrich-Wintgen BIC，我们证明了来自暗激子的高度定向发射，其发散角仅为7度。我们发现，在室温下的定向发射是相干的，明确地显示在偏振分析和干涉测量。因此，作为动量空间光子环境重新引入的BIC可能是一个有趣的平台，可以重塑和重新定义附近量子材料（如低维材料）中的光-物质相互作用，否则具有挑战性甚至不可能实现。
2021-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Evidence for Braggoriton Excitations in Opal Photonic Crystals Infiltrated with Highly Polarizable Dyes
我们研究了掺菁染料的蛋白石光子晶体的反射率随角度变化的光谱。蛋白石光子晶体是一种具有很大拉比频率的高极化介质。我们表明，当渗透染料和布拉格频率的激子极化激元之间的共振条件存在，然后布拉格阻带分解成两个反射率带之间的半透明光谱范围，这是由于光传播内的间隙所造成的存在的布拉格激子激发。这些新的激发是由于空间调制源的布拉格带隙与激子产生的极化激元带隙之间的相互作用而产生的，并可能通过信道波导在光子晶体带隙内实现光通信业务。
2001-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of 1D photonic crystals based on multiple-quantum-well structures
提出了一种分析基于多量子阱结构的光子晶体光学特性的通用方法。通过引入量子阱的有效激子极化率和有效光学宽度，考虑了极化状态和非垂直入射电磁波的影响。这种方法适用于考虑的光学性质的结构与预先设计的破坏的平移对称性。它示出，特别是，具有不同的激子频率的层放置在中间的MQW结构导致出现的反射的共振抑制。
2004-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Out-of-plane orientated self-trapped excitons enabled polarized light guiding in 2D perovskites
该研究利用空间限域结晶制备高面外取向自陷激子的二维钙钛矿微片，实现半高全宽超120 nm的宽带偏振光导波。
2024-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Integration of 2D Materials in Radial van der Waals Heterostructure Metasurfaces
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Universidade Federal de Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；IFN-CNR, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie（意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
本研究通过集成hBN与WS₂单层，实现了具有动量空间结构的混合光子-激子态，展示了高Q因子共振和鲁棒的激子-光子耦合。
2025-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic Architectures for Equilibrium High-Temperature Bose-Einstein Condensation in Dichalcogenide Monolayers
半导体微腔极化激元是激子和光子的复合准粒子，出现在强耦合区。作为物质和光的量子叠加态，极化激元具有比光子强得多的粒子间相互作用，从而能够实现快速平衡和玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。目前基于一维光子结构的实现，如法布里-珀罗微腔，具有有限的光捕获能力，导致皮秒极化激元寿命。我们证明，理论上，高于室温（高达590 K）的长寿命极化激元在MoSe $_2$单分子膜夹在简单的TiO $_2$为基础的三维光子带隙（PBG）材料的BEC。三维光子带隙诱导非常强的耦合40毫电子伏（拉比分裂62毫电子伏）少至三个dichalcogenide单层。在三维光子带隙中的强光捕获使得长寿命的极化子超流体能够抵抗制造诱导的无序和激子线加宽。
2014-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas physics.optics
Strong exciton-photon coupling with colloidal quantum dots in a tuneable microcavity
由于在光子学中的广泛应用，特别是在低阈值相干发射源的制造方面，最近已经广泛地研究了来自与各种发光体集成的光学腔的极化子发射。可调谐微腔允许广泛的调查物质的物理性质放置在腔内确定性地改变耦合强度和可控切换从弱到强和超强耦合制度。在这里，我们展示了室温下强耦合的激子跃迁的CdSe/ZnS/CdS/ZnS胶体量子点与可调的低模体积微腔的光学模式。强耦合证明了一个大的拉比分裂的光致发光光谱取决于微腔的失谐。已经实现了154 meV的耦合强度。量子点的高量子产率、优异的光稳定性和制造的可扩展性为基于胶体量子点的耦合系统在光子学、光电子学和传感器中的实际应用铺平了道路。
2021-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton Mott Transition in Two-Dimensional Semiconductors
激子多体相互作用在先进的光子器件和量子计算等量子科学技术中具有重要的应用价值，但人们对激子多体相互作用的基本认识还很有限。在这里，我们提供了许多新的见解激子莫特转变（EMT）的基本原理，激子多体相互作用的表现形式证明了激子电离成未结合的电子和空穴的等离子体，即电子空穴等离子体（EHP），通过利用二维（2D）半导体的独特性质，如单层MoS2。我们澄清了长期存在的争议的连续性和标准的EMT，量化的电荷载流子分布之间共存的激子和EHP阶段，建立EHP的发射功能和电荷密度之间的相关性，并阐明物理状态的EHP载流子作为纳米级的电子空穴复合物，而不是单独的自由电荷。这些结果为进一步研究激子多体相互作用，以及在量子科学技术和先进光电子器件的开发中利用激子多体相互作用奠定了基础。
2020-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Coupling of WS_2 Monolayers with Metallic Photonic Nanostructures at Room Temperature
研究了室温下WS_2单层激子跃迁与金属法布里-珀罗和等离子体光学腔的强耦合。拉比分裂的101毫电子伏的法布里-珀罗腔观察到的，超过两倍的其他2D材料的报告日期。WS_2单层强耦合的增强和可见性归因于较大的吸收系数、较窄的A激子跃迁线宽和较大的自旋-轨道耦合。对于WS_2耦合到等离子体阵列，拉比分裂仍然达到60 meV，尽管不太有利的耦合条件，并显示有趣的光致发光功能。在室温下容易制造的金属谐振器中WS_2单层强耦合的明确特征表明了将轻物质杂化与自旋和谷电子学结合的许多可能性。
2016-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of Nanostructured GaAs/AlGaAs Waveguide for Low-Density Polariton Condensation from a Bound State in the Continuum
激子-极化激元是由激子共振和光子腔模之间的强耦合产生的混合光物质态。作为玻色子激发，它们可以经历相变到凝聚态，该凝聚态可以发射相干光而没有粒子数反转。这方面使它们成为无阈值激光器的良好候选者，但短的激子-极化激元寿命使其难以在非常低的功率密度下实现凝聚。从这个意义上说，长寿命的光保护态是克服单片微腔有限镜反射率限制的最佳候选。在这项工作中，我们使用一个光子对称性保护的束缚态耦合到激子共振的连续，以实现最先进的极化激元凝聚阈值在GaAs/AlGaAs波导。最重要的是，我们展示了制造控制的影响，以及如何通过原子层沉积的表面钝化提供了一种方法来减少激子淬火在光栅侧壁。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electron beam driven collective self hybridized exciton polaritons
Institute of Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）；Faculty of Electrical and Computer Engineering, Tarbiat Modares University（塔比阿特·莫达雷斯大学电气与计算机工程学院）；Kiel Nano, Surface, and Interface Science KiNSIS, Kiel University（基尔大学基尔纳米、表面与界面科学中心）
本研究通过阴极发光光谱发现电子束激发可增强层状半导体中激子极化激元的集体耦合强度，并揭示低能电子导致的非相干激发转变，为调控光-物质相互作用提供新途径。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
