Acoplamiento y optomecánica de condensados de polaritones excitónicos fuera de equilibrio
En esta tesis desarrollamos las bases teóricas y experimentales del problema de dos condensados de polaritones excitónicos acoplados, los cuales se ven sometidos a efectos optomecánicos que alteran fuertemente su dinámica. Si bien el acoplamiento de dos estados cuánticos macroscópicos se ha explorad...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2022
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1160/1/1Carraro_Haddad.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En esta tesis desarrollamos las bases teóricas y experimentales del problema de dos condensados de polaritones excitónicos acoplados, los cuales se ven sometidos a efectos optomecánicos que alteran fuertemente su dinámica. Si bien el acoplamiento de dos estados cuánticos macroscópicos se ha explorado en otras plataforma, como es el caso de las junturas Josephson superconductoras y los pares de condensados de Bose- Einstein de átomos fríos, los condensados de polaritones excitónicos representan, a diferencia de los dos últimos sistemas, un ejemplo de un sistema forzado-disipativo (driven-dissipative), lo cual abre todo un espectro de problemas no-Hermıticos con características cualitativamente diferentes. Además, estos sistemas de polaritones acoplados han evidenciado fenómenos de auto-oscilación mecánica lo cual genera un puente con la optomecánica en cavidades. Aprovechando este fenómeno, desarrollamos cómo el acoplamiento optomecánico provee una manera novedosa de modular de manera armónica y auto-consistente la energía de acoplamiento, J(t), entre dos condensados de polaritones.
Estudiamos este problema en dos contextos diferentes, el primero se trata de la interacción entre las dos proyecciones de pseudoespın de un condensado. Observamos experimentalmente un desdoblamiento del estado fundamental de una trampa aislada en dos líneas de emisión con polarizaciones diferentes, cuya separación es igual a la energía del fanón fundamental de la cavidad (ν_0 ∼ 20 GHz). Proponemos así un mecanismo de acoplamiento optomec´anico entre ambas proyecciones de pseudoespın que resulta en una energía de acoplamiento efectiva J(t) ∝ cos (2πν_0t), la cual puede dar una explicación plausible a por qué se fija la energía relativa entre ambos estados a la energía del fanón. Además, mediante mediciones de interferometría resuelta espectralmente, observamos una dinámica temporal oscilatoria entre las ocupaciones de cada estado de pseudoespin inducido por la onda mecánica. De esta manera, la observación del desoblamiento en pseudoespın a 20 GHz es una manifestación de que el sistema de polaritones evoluciona forzando una auto-oscilación mecánica coherente.
El segundo caso de estudio es el de un par de trampas que se acoplan vía tuneleo de partículas entre ellas. Realizamos dos experimentos diferentes, en el primero estudiamos dos trampas de 2 μm de lado separadas 2 μm, para el cual estimamos que la frecuencia de tuneleo es bastante menor a la frecuencia de los fonones (J ≪ hν_0). Observamos que los modos fundamentales de ambas trampas, bajos ciertas condiciones, entran en un estado de locking optomec´anico donde se fija su energía relativa a la energía de la modulación inducida por el acoplamiento optomec´anico en J(t). Entendemos a este proceso como uno de segundo orden de fonones, donde los polaritones transicionan de una trampa a la otra emitiendo un fanón fundamental y otro del segundo armónico. También demostramos que la energía de locking se renormaliza al aumentar la potencia de excitación en el sistema. En el segundo experimento, estudiamos dos trampas de 4 μm de lado separadas 1 μm, para el cual estimamos que la frecuencia de tuneleo directo entre trampas es del orden de la frecuencia de los fonones (J ∼ hν_0). Vemos que cuando la energía entre los estados fundamentales de ambas trampas se aproxima a la energía del fanón de cavidad, hay un crecimiento drástico en la corriente de polaritones desde la trampa de mayor energía a la de menor energía, como sucede en las resonancias de Shapiro cuando se irradian junturas Josephson con radiofrecuencias. Además de esto, también observamos locking optomec´anico pero a través de un proceso de primer orden de fonones en vez de segundo, debido al mayor solapamiento entre los estados de trampa respecto al experimento anterior. |
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