Symétrie PT Exciton-polaritonique :Le couplage direct entre les modes de polaritons ascendants et descendants dans une microcavité symétrique sextuple avec manipulation des pertes conduit à une rupture de symétrie PT avec une transition de phase à faible seuil. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Les scientifiques de KAIST ont fabriqué un système laser qui génère des particules quantiques hautement interactives à température ambiante. Leurs découvertes, publié dans la revue Photonique de la nature , pourrait conduire à un système laser à microcavité unique qui nécessite une énergie de seuil inférieure à mesure que sa perte d'énergie augmente.
Le système, développé par le physicien KAIST Yong-Hoon Cho et ses collègues, consiste à projeter de la lumière à travers une seule microcavité de forme hexagonale traitée avec un substrat de nitrure de silicium à perte modulée. La conception du système conduit à la génération d'un laser à polaritons à température ambiante, ce qui est passionnant car cela nécessite généralement des températures cryogéniques.
Les chercheurs ont découvert une autre caractéristique unique et contre-intuitive de cette conception. Normalement, de l'énergie est perdue pendant le fonctionnement du laser. Mais dans ce système, à mesure que la perte d'énergie augmente, la quantité d'énergie nécessaire pour induire l'effet laser a diminué. L'exploitation de ce phénomène pourrait conduire au développement de hautes performances, lasers à bas seuil pour les futurs dispositifs optiques quantiques.
"Ce système applique un concept de physique quantique connu sous le nom de symétrie d'inversion du temps de parité, " explique le professeur Cho. " C'est une plateforme importante qui permet d'utiliser la perte d'énergie comme gain. Il peut être utilisé pour réduire l'énergie de seuil laser pour les dispositifs et capteurs optiques classiques, ainsi que des dispositifs quantiques et contrôlant la direction de la lumière."
La clé est la conception et les matériaux. La microcavité hexagonale divise les particules lumineuses en deux modes différents :un qui traverse le triangle orienté vers le haut de l'hexagone et un autre qui traverse son triangle orienté vers le bas. Les deux modes de particules lumineuses ont la même énergie et le même chemin mais n'interagissent pas les uns avec les autres.
Cependant, les particules légères interagissent avec d'autres particules appelées excitons, fourni par la microcavité hexagonale, qui est fait de semi-conducteurs. Cette interaction conduit à la génération de nouvelles particules quantiques appelées polaritons qui interagissent ensuite les unes avec les autres pour générer le laser à polaritons. En contrôlant le degré de perte entre la microcavité et le substrat semi-conducteur, un phénomène intrigant se produit, avec l'énergie de seuil devenant plus petite à mesure que la perte d'énergie augmente.
