BIC-laser with low threshold!

Our collaborative work with TU/e & IEM-CSIC is now on Arxiv! / 我々のTU/e(オランダ)、IEM-CSIC(スペイン),との共同研究成果がArxivに掲載されました！我々はBICを励起できる高品質なシリコンナノアンテナを作製し、高濃度色素とBICとの強結合状態と低閾値レーザ発振を観察しました！ This article is on Nano Lett!

We show the first experimental demonstration of room-temperature exciton-polariton (EP) condensation from a bound state in the continuum (BIC). This demonstration is achieved by strongly coupling stable excitons in an organic perylene dye with the extremely long-lived BIC in a dielectric metasurface of silicon nanoparticles. The long lifetime of the BIC, mainly due to the suppression of radiation leakage, allows for EP thermalization to the ground state before decaying. This property results in a condensation threshold of less than 5 \mu J cm^{-2}, one order of magnitude lower that the lasing threshold reported in similar systems in the weak coupling limit. / BICからの室温励起子ポラリトン (EP) 凝縮の最初の実験的デモンストレーションを示します。 このデモンストレーションは、有機ペリレン染料の安定した励起子を、シリコンナノ粒子の誘電体メタ表面の非常に長寿命のBICと強く結合させることによって達成されます。 主に放射漏れの抑制によるBICの長寿命により、崩壊する前に基底状態へのEP熱平衡化が可能になります。 この特性により、5 \mu J cm^{-2} 未満の凝縮閾値が得られます。これは、弱い結合限界で同様のシステムで報告されているレーザー発振閾値よりも 1 桁低くなります。

Room Temperature Exciton-Polariton Condensation in Silicon Metasurfaces Emerging from Bound States in the Continuum Anton Matthijs Berghuis, Gabriel W. Castellanos, Shunsuke Murai, Jose Luis Pura, Diego R. Abujetas, Erik van Heijst, Mohammad Ramezani, José A. Sánchez-Gil, Jaime Gómez Rivas

本研究の一部は科研費 (22H01776), JSPS collaborative work (JPJSBP120219920), and the Asahi Glass Foundationの助成を受け実施されました。