具有有限空穴质量的掺杂半导体微腔中的费米边缘激子极化激元

二维半导体量子阱与光学腔之间的耦合产生了光-物质混合激发，即激子极化激元。这些激发通常在导带为空时进行测量，使得单极化激元物理成为一个简单的单体问题。当导带存在有限的粒子数占据时，情况将发生显著变化，此时单个激子的产生或湮灭会涉及费米海的多体重构。该区域内的近期实验揭示了激子极化激元光谱的强烈改变。以往关于非零费米能的理论研究主要依赖于无限质量的不可动价带空穴近似，该近似仅适用于低迁移率样品；对于高迁移率样品，需要考虑具有较大但有限质量的可动空穴。为了弥补这一空白，我们提出了一种解析的图示方法，处理了具有短程（屏蔽）电子-空穴相互作用的模型，并在两个互补的区域内进行了研究。我们发现，有限空穴质量对这两个区域内的激子极化激元光谱具有相反的影响：在第一个区域中，费米能远小于激子结合能，激子特征因有限质量而得到增强。在第二个区域中，费米能远大于激子结合能，有限质量效应截断了极化激元光谱中的激子特征，这与近期的实验在定性上相符。