半导体中的光子玻色-爱因斯坦凝聚：量子动力学理论

半导体微腔中的光子凝聚是一种通过调控强但非相干的光-物质相互作用来在室温下工程化光量子态的变革性技术。虽然连续波和电泵浦为微型化量子光子技术提供了极佳的前景，但利用这些技术需要在理解半导体中的非平衡光-物质动力学方面取得概念上的进展。我们通过一种从头算的量子动力学理论解决了这一挑战，该理论捕捉了光激发载流子的库仑相互作用和声子散射如何介导半导体中的光子热化和凝聚。我们的微观模型表明，在高载流子密度下，热化由载流子-载流子库仑散射主导，这与染料基光子凝聚中的振动-转动弛豫形成鲜明对比。该理论预测了一个丰富的非平衡相图，包含热态、玻色凝聚态、多模态和激光相位，与近期实验定量吻合。关键的是，我们识别了腔失谐如何控制平衡态与增益主导态之间的转变，从而实现对相干光源的定制设计。因此，本工作为超越传统激光范式的基于半导体的量子光子器件奠定了基础。