利用电场与激子-电荷相互作用实现中性激子的可调量子限域
介观与纳米尺度物理
2022-01-12 v2 量子气体
摘要
量子限域是指当粒子运动被限制在其德布罗意波长更小的长度尺度时能量的离散化。该效应的实验实现在物理学的多个领域产生了广泛影响，并促进了新技术的发展。在半导体物理中，光学激发准粒子（如激子或三激子）的量子限域通常通过材料性质的调制来实现——这种方法的关键局限在于缺乏原位可调性和限域势的可扩展性。因此，实现光学激发的完全可调量子限域一直是量子光子学中的一个突出目标。在此，我们展示了在栅极定义的单层 p-i-n 二极管中对中性激子的电控量子限域。由大面内场引起的直流斯塔克位移和一种基于激子与自由电荷之间排斥相互作用的此前未知限域机制相结合，确保了激子在狭窄中性区域中的紧密限域。激子运动的量子化表现为在自由激子共振以下出现的多个离散、光谱窄且依赖于电压的光学共振。我们的测量揭示了这些量子限域激子的若干独特物理特征，包括面内偶极特性、一维质心限域，以及在磁场存在下显著增强的激子尺寸。我们的方法为创建可扩展的相同单光子源阵列提供了一条实验途径，这些单光子源将构成强关联光子系统的构建模块。
引用
@article{arxiv.2102.08989,
title = {Tunable quantum confinement of neutral excitons using electric fields and exciton-charge interactions},
author = {Deepankur Thureja and Atac Imamoglu and Tomasz Smolenski and Alexander Popert and Thibault Chervy and Xiaobo Lu and Song Liu and Katayun Barmak and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and David J. Norris and Martin Kroner and Puneet A. Murthy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.08989},
year = {2022}
}