Nonlinear Rydberg exciton-polaritons in Cu2O microcavities
Nonlinear Rydberg exciton-polaritons in Cu2O microcavities
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Cu2O 微腔中的非线性里德伯激子极化子
DOI：
10.1038/s41377-024-01382-9
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发表时间：
2024
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Makhonin M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Makhonin M
里德堡激子(里德堡原子在凝聚态系统中的类似物)是具有大玻尔半径的高激发束缚电子-空穴态。它们之间的相互作用以及激子与光的耦合可能导致强烈的光学非线性，在传感和量子信息处理方面有应用。在这里，我们通过里德堡阻塞现象以及激子和形成极化子的光子在充满Cu2O的微谐振腔中的混合，实现了强有效的光子-光子相互作用(类克尔光学非线性)。在脉冲共振激发下，随着激子密度的增加，光子-激子耦合减弱，极化子共振频率发生重整化。理论分析表明，里德堡阻塞对实验观测到的极化激子非线性系数的定标起主要作用，当主量子数增加到∝= 7时为n4.4±1.8。首次在极化系统中研究了如此高的主量子数对于实现高里德堡光学非线性是必要的，这为量子光学应用和固体系统中强关联光子(极化)态的基础研究铺平了道路。
Rydberg excitons (analogues of Rydberg atoms in condensed matter systems) are highly excited bound electron-hole states with large Bohr radii. The interaction between them as well as exciton coupling to light may lead to strong optical nonlinearity, with applications in sensing and quantum information processing. Here, we achieve strong effective photon–photon interactions (Kerr-like optical nonlinearity) via the Rydberg blockade phenomenon and the hybridisation of excitons and photons forming polaritons in a Cu2O-filled microresonator. Under pulsed resonant excitation polariton resonance frequencies are renormalised due to the reduction of the photon-exciton coupling with increasing exciton density. Theoretical analysis shows that the Rydberg blockade plays a major role in the experimentally observed scaling of the polariton nonlinearity coefficient as ∝n4.4±1.8for principal quantum numbers up ton= 7. Such high principal quantum numbers studied in a polariton system for the first time are essential for realisation of high Rydberg optical nonlinearities, which paves the way towards quantum optical applications and fundamental studies of strongly correlated photonic (polaritonic) states in a solid state system.
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DOI：
--
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
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Kuriakose T
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D. Ding;Zongkai Liu;B. Shi;Guangtao Guo;K. Mølmer;C. Adams
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