Seminarium Fotoniki
sala 1.03, ul. Pasteura 5
2023-01-12 (12:15) 
mgr Karolina Łempicka-Mirek (Zakład Fizyki Ciała Stałego, IFD, WF UW)
Perowskity w dwójłomnej mikrownęce – efekty fotoniczne i kondensaty polarytonowe w temperaturze pokojowej
W ostatnich latach dwuwymiarowe perowskity stały się idealną platformą do badań zjawisk fizycznych, które do tej pory obserwowane były jedynie w warunkach kriogenicznych. Ekscytony w tych materiałach charakteryzują się dużą siłą wiązania, są trwałe w temperaturze pokojowej oraz wykazują silne właściwości nieliniowe. To czyni je idealnym układem do badań zjawisk silnego sprzężenia światła z materią oraz otwiera nową drogę do konstrukcji urządzeń polarytonowych pracujących w temperaturze pokojowej.
W wystąpieniu zaprezentuję nowatorską architekturę strojonej mikrownęki fotonicznej z perowskitem organiczno-nieorganicznym (C6H5C2H4NH3)2PbI4 [1] i wysoce dwójłomnym ciekłym kryształem (LC) [2]. Zaobserwowaliśmy reżim silnego sprzężenia światło – materia, w którym mody fotonowe silnie sprzęgają się z ekscytonem w perowskicie prowadząc do powstania modów polarytonowych. Strojenie dwójłomności modów polarytonowych odbywa się poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego do przeźroczystych elektrod z tlenku indowo-cynowego, co powoduje obrót molekuł ciekłego kryształu zmieniając efektywny współczynnik załamania wnęki. Strojenie wnęki pozwoliło na obserwację reżimu Rashba-Dresselhaus (R-D), charakteryzującego się dwoma modami o przeciwnych polaryzacjach kołowych, rozsuniętych w przestrzeni wektora falowego. Dla tego reżimu zaobserwowaliśmy nietrywialne znoszenie się degeneracji w miejscu przecięcia pasm (przerwa w reżimie R-D) i występowanie niezerowej krzywizny Berry’ego [3].
W celu obserwacji nieliniowych efektów w temperaturze pokojowej wykorzystaliśmy wysokiej jakości strukturyzowany perowskit CsPbBr3. Wysoka jakość optyczna materiału w połączeniu z reżimem silnego sprzężenia ekscytonów perowskitu i modów wnęki fotonicznej pozwoliła na tworzenie kondensatów polarytonowych w temperaturze pokojowej. W naszej wnęce emisja z kondensatu może być spektralnie strojona, dzięki odpowiedzi ciekłego kryształu na przyłożone zewnętrzne napięcie. Dodatkowo wykorzystaliśmy dwójłomność ciekłego kryształu do wywołania sprzężenia spinowo-orbitalnego Rashby-Dresselhausa. W ramach wystąpienia przedstawię chiralne mody polarytonowe oraz jednoczesną emisję z kondensatu dwóch przeciwnie spolaryzowanych wiązek kołowych. Pokażę również, że wykorzystując różne progi kondensacji dla różnych reżimów oddziaływań spin-orbita, możliwe jest stworzenie elektrycznie sterowanego przełącznika emisji typu ON/OFF [4].
[1] K. Łempicka, et al., International Photonics and OptoElectronics Meeting, p. JW4A.66 (2019).
[2] K. Rechcińska et al., Science, 366, 6466, pp. 727-730 (2019).
[3] K. Łempicka-Mirek, et al., Science Advances, 8, eabq7533 (2022).
[4] K. Łempicka-Mirek, et al., arXiv:2211.11852 (2022).
W wystąpieniu zaprezentuję nowatorską architekturę strojonej mikrownęki fotonicznej z perowskitem organiczno-nieorganicznym (C6H5C2H4NH3)2PbI4 [1] i wysoce dwójłomnym ciekłym kryształem (LC) [2]. Zaobserwowaliśmy reżim silnego sprzężenia światło – materia, w którym mody fotonowe silnie sprzęgają się z ekscytonem w perowskicie prowadząc do powstania modów polarytonowych. Strojenie dwójłomności modów polarytonowych odbywa się poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego do przeźroczystych elektrod z tlenku indowo-cynowego, co powoduje obrót molekuł ciekłego kryształu zmieniając efektywny współczynnik załamania wnęki. Strojenie wnęki pozwoliło na obserwację reżimu Rashba-Dresselhaus (R-D), charakteryzującego się dwoma modami o przeciwnych polaryzacjach kołowych, rozsuniętych w przestrzeni wektora falowego. Dla tego reżimu zaobserwowaliśmy nietrywialne znoszenie się degeneracji w miejscu przecięcia pasm (przerwa w reżimie R-D) i występowanie niezerowej krzywizny Berry’ego [3].
W celu obserwacji nieliniowych efektów w temperaturze pokojowej wykorzystaliśmy wysokiej jakości strukturyzowany perowskit CsPbBr3. Wysoka jakość optyczna materiału w połączeniu z reżimem silnego sprzężenia ekscytonów perowskitu i modów wnęki fotonicznej pozwoliła na tworzenie kondensatów polarytonowych w temperaturze pokojowej. W naszej wnęce emisja z kondensatu może być spektralnie strojona, dzięki odpowiedzi ciekłego kryształu na przyłożone zewnętrzne napięcie. Dodatkowo wykorzystaliśmy dwójłomność ciekłego kryształu do wywołania sprzężenia spinowo-orbitalnego Rashby-Dresselhausa. W ramach wystąpienia przedstawię chiralne mody polarytonowe oraz jednoczesną emisję z kondensatu dwóch przeciwnie spolaryzowanych wiązek kołowych. Pokażę również, że wykorzystując różne progi kondensacji dla różnych reżimów oddziaływań spin-orbita, możliwe jest stworzenie elektrycznie sterowanego przełącznika emisji typu ON/OFF [4].
[1] K. Łempicka, et al., International Photonics and OptoElectronics Meeting, p. JW4A.66 (2019).
[2] K. Rechcińska et al., Science, 366, 6466, pp. 727-730 (2019).
[3] K. Łempicka-Mirek, et al., Science Advances, 8, eabq7533 (2022).
[4] K. Łempicka-Mirek, et al., arXiv:2211.11852 (2022).