极化子晶格中非线性相空间填充的微观理论
介观与纳米尺度物理
2024-04-09 v3 光学
量子物理
摘要
我们为强耦合二维极化子晶格中的非线性相空间填充（NPSF）建立了完整的微观理论。NPSF 在极化子实验中普遍存在，但其理论描述仍局限于微扰处理与均匀样品。在本研究中，我们超越了现有理论描述，发现了 NPSF 关键地改变光学响应的广泛 regime。通过研究非玻色性、协同光-物质耦合和库仑阻塞的量子效应，我们揭示了若干由于相空间填充导致非线性 Rabi 分裂猝灭的 regime。与先前研究不同，我们推导了直至饱和极限的非线性 Rabi 频率标度，并表明晶格势的存在导致定性上不同的非线性。我们聚焦于 NPSF 的三种 regime：1) 平面；2) 碎裂；3) 超局域化。在平面饱和中，Rabi 频率随激子密度呈指数下降。对于碎裂情形，即激子形成位点大于激子尺寸的晶格，我们发现了晶格中低占据下的快速 NPSF。随后随着介质完全饱和，NPSF 变慢。这种行为在库仑（或 Rydberg）阻塞存在时尤为显著，其中快速与慢速 NPSF 的区域取决于排斥强度。对于超局域化 NPSF，我们观察到典型于二能级系统集合的平方根饱和。我们的发现有助于描述最近在过渡金属硫族化物异质双层中观察到的强非线性，其中 Moiré 晶格自然出现 [Nature \textbf{591}, 61 (2021)]。该理论也为利用图案化样品设计极化子晶格的强非线性响应开辟了前景，将极化子学推向量子 regime。
引用
@article{arxiv.2212.07968,
title = {Microscopic theory of nonlinear phase space filling in polaritonic lattices},
author = {Kok Wee Song and Salvatore Chiavazzo and Oleksandr Kyriienko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.07968},
year = {2024}
}
备注
16 pages, 7 figures, minor corrections, and including a new figure (Fig.3) to illustrate the energy states of a quantum emitter