Formation of matter-wave polaritons in an optical lattice
Formation of matter-wave polaritons in an optical lattice
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光学晶格中物质波极化子的形成
DOI：
10.1038/s41567-022-01565-4
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
19.6
通讯作者：
Schneble, Dominik
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kwon, Joonhyuk;Kim, Youngshin;Lanuza, Alfonso;Schneble, Dominik
极化激元是光子与物质激发的强耦合形成的准粒子，是从半导体纳米光子学到电路量子电动力学的光子量子系统的基本组成部分。利用极化激元之间的相互作用已经实现了光的超流体以及微波域中的强相关相，微腔激子-极化激元也在进行类似的努力。在这里，我们开发了一个激子极化激元系统，其中相互作用的极化激元相位可以研究与充分的可调谐性和耗散的情况下，超冷原子模拟。在我们的光学晶格系统中，激子被原子激发所取代，而原子物质波在两个组分之间的强动力学耦合下取代光子，该耦合使两个色散关系杂交。我们光谱访问的带结构的物质波极化激元耦合的上，下极化激元分支，以及探索极化激元输运的超流和莫特绝缘制度，找到定量与我们的理论预期。我们的工作揭示了基本的极化激元性质和相关的多体现象，并开辟了新的可能性极化激元量子物质的研究。
The polariton—a quasiparticle formed by the strong coupling of a photon to a matter excitation—is a fundamental ingredient of emergent photonic quantum systems ranging from semiconductor nanophotonics to circuit quantum electrodynamics. Exploiting the interaction between polaritons has led to the realization of superfluids of light as well as of strongly correlated phases in the microwave domain, with similar efforts underway for microcavity excitons–polaritons. Here we develop an ultracold-atom analogue of an exciton–polariton system in which interacting polaritonic phases can be studied with full tunability and in the absence of dissipation. In our optical lattice system, the exciton is replaced by an atomic excitation, whereas an atomic matter wave is substituted for the photon under a strong dynamical coupling between the two constituents that hybridizes the two dispersion relations. We spectroscopically access the band structure of the matter-wave polariton by coupling the upper and lower polariton branches, as well as explore polaritonic transport in the superfluid and Mott-insulating regimes, finding quantitative agreement with our theoretical expectations. Our work sheds light on fundamental polariton properties and related many-body phenomena, and opens up novel possibilities for studies of polaritonic quantum matter.
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