Polariton laser from Si metasurface
Our collaborative work with TU/e (the Netherlands) has now been published online on Advanced Optical Materials! / 我々のアイントホーヘン工科大学との共同研究成果がAdvanced Optical Materialsに掲載されました。村井助教は高品質のシリコンメタ表面を作製し、ポラリトンレーザの高性能化に貢献しました。本研究の一部は科研費（22H01776), JSPS collaborative work ()）、JSPS二国間交流事業（JPJSBP120219920）の助成を受け行われました
Exciton-polaritons (EPs) are hybrid light–matter quasi-particles with bosonic character formed by the strong coupling between excitons in matter and photons in optical cavities. Their hybrid character offers promising prospects for the realization of non-equilibrium Bose–Einstein condensates (BECs), and room-temperature BECs are possible with organic materials. However, the thresholds required to create BECs of organic EPs remain still high to allow condensation with electrical injection of carriers. One of the factors behind these high thresholds is the very short cavity lifetimes, leading to a fast EP decay and the need to inject higher exciton densities in the reservoir to form the condensate. Here a BEC of EPs in organic dyes and all-dielectric metasurfaces at room temperature is demonstrated. By using dielectric metasurfaces that exhibit very low losses it is possible to achieve cavity lifetimes long enough to allow an efficient population of EP states via vibrational relaxation and radiative pumping. It is shown how polariton lasing or non-equilibrium Bose–Einstein condensation is achieved in several cavities, and one of the lowest reported thresholds for BECs in organic materials is observed. / 励起子ポラリトン (EP) は、物質内の励起子と光共振器内の光子との間の強い結合によって形成されるボソン特性を備えた光と物質の混成準粒子です。 それらのハイブリッド特性は、非平衡ボース・アインシュタイン凝縮体 (BEC) の実現に有望な見通しを提供し、室温 BEC は有機材料で可能です。 ただし、有機EPのBECを形成するために必要なしきい値は、キャリアの電気注入による凝縮を可能にするためには依然として高いままです。 これらの高いしきい値の背後にある要因の 1 つは、キャビティの寿命が非常に短いことであり、急速な EP 減衰につながります。これにより凝縮体を形成するためにリザーバにより高い励起子密度を注入する必要があります。 ここでは、室温での有機色素および全誘電体メタ表面のEPのBECを示します。 非常に低い損失を示す誘電体メタサーフェスを使用することにより、振動緩和と放射ポンピングを介してEP状態の効率的な集団を可能にするのに十分な長さのキャビティ寿命を達成することができます。 ポラリトン レーザー発振または非平衡ボーズ アインシュタイン凝縮がいくつかの空洞でどのように達成されるかが示され、有機材料の BEC について報告されている最も低いしきい値の 1 つが観察されました。
“Non-equilibrium Bose-Einstein Condensation of Exciton-polaritons in Silicon Metasurfaces”, by Gabriel W. Castellanos; Mohammad Ramezani; Shunsuke Murai; Jaime Gómez Rivas, Adv. Opt. Mater. First published: 25 January 2023 https://doi.org/10.1002/adom.202202305 Open access