Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Тезисы докладов XIV РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ «ПОЛУПРОВОДНИКИ-2019»

Фотоиндуцированный транспорт в конденсате Бозе-Эйнштейна / Ковалев В.М., Боев М.В., Савенко И.Г

Published Aug 20, 2019• 0 citations
Publisher

Abstract

Построена теория эффекта фотонного увлечения двумерного газа дипольных экситонов. Эффект изучен как в нормальной фазе экситонного газа, так и в режиме бозе-эйнштейновского конденсата. Показано, что в нормальной фазе плотность потока экситонов, увлекаемых светом, может иметь резонансное поведение как функция частоты света в случае, если частота фотона близка к энергии перехода между уровнями дискретного спектра экситона. Теория эффекта увлечения экситонного конденсата строится на основе модели Боголюбова для слабонеидеального бозе-газа. Анализ отклика бозе-конденсата на воздействие света показывает, что возможны два типа процессов возбуждения бозе-частиц из конденсата в состояние с ненулевым неправленым значением импульса центра масс. Первый процесс обусловлен прямым поглощением фотона с переходом экситона из конденсата в надконденсатное состояние с ненулевым импульсом (с возбуждением внутренней степени свободы). Такие процессы на энергетической диаграмме практически вертикальны и дают резонансное поведение потока экситонов как функции частоты, аналогично случаю нормальной фазы экситонного газа. Вторые процессы являются непрямыми на энергетической диаграмме и сопровождаются испусканием боголюбовского возбуждения, при переходе индивидуального экситона в надконденсатное состояние. Испускание боголюбовской квазичастицы является прямым требованием законов сохранения: квант колебаний плотности конденсата уносит импульс, необходимый для осуществления непрямого перехода с участием фотона. Таким образом, коллективные возбуждения конденсата играют роль «третьего тела» для непрямых переходов. При этом оба перехода – прямой и непрямой – описываются одним – первым – порядком теории возмущений. Расчет показывает, что непрямые переходы приводят к квантованию (ступенчатому поведению) потока экситонов как функции частоты света, при этом каждая «ступенька» соответствует возбуждению внутренней степени свободы экситона. При частоте света, превосходящей потенциал ионизации индивидуального экситона, в системе индуцируется электрической ток, обусловленный распадом экситона на электрон и дырку. Показано, что по частотному поведению фотоиндуцированного электрического тока возможно детектировать фазовое состояние экситонного газа, в том числе, определять наличие в системе экситонного конденсата.

DOI
10.34077/semicond2019-351

Related papers

Формирование экситон-поляритонного конденсата в полупроводниковых микрорезонаторах в отсутствие экситонного резервуара / Деменев А.А., Кулаковский В.Д

Одной из наиболее важных характеристик бозе-эйнштейновского конденсата является пространственная когерентность - свойство системы иметь одну и ту же волновую функцию в разных точках, разделенных расстоянием, превышающим тепловую длину волны де Бройля. Для понимания процессов, управляющих конденсацией Бозе-Эйнштейна, важно знать, как быстро устанавливается когерентность во всей системе во время образования конденсата. В теоретических работах [1,2] было показано, что процесс конденсации частиц имеет три стадии: релаксация частиц низкоэнергетическую или так называемую когерентную область, где кинетическая энергия частицы имеет порядок ее энергии взаимодействия с другими частицами, формирование “квазиконденсата” (сглаживание колебаний плотности) и “истинного конденсата” (установление в системе частиц дальнего порядка). Экспериментально динамика формирования пространственной когерентности впервые была исследована для газа ультрахолодных атомов в работе, [3] где было обнаружено, что когерентная область расширяется с постоянной скоростью около 0,1 мм/с. В исследованиях системы экситонных поляритонов (ЭП) в GaAs микрорезонаторах (МР) при межзонном возбуждении, когда ЭП конденсат формируется благодаря стимулированному рассеянию экситонов из фотовозбужденного экситонного резервуара на дно ЭП ветки, было найдено, что пространственная когерентность формирующегося конденсата распространяется со скоростью около 5.107 см/с. При этом взаимодействие конденсата с экситонным резервуаром ведет к частичной декогерентности конденсата, максимальная длина когерентности находится при плотностях возбуждения, превышающих пороговую не более, чем в 1.5-2 раза и лежит в пределах 20 мкм. В этой работе исследовано формирование пространственной когерентности в ЭП системе при резонансном возбуждении ЭП некогерентными пс импульсами в широкой области квазиимпульсов без возбуждения экситонного резервуара. Исследована ЭП система в 2 GaAs/AlGaAs МР с 4 наборами из 3 In0.05Ga0.95As квантовых ям толщиной 10 нм. Добротность МР Q>104 , расщепление Раби – 7.5 мэВ. ЭП возбуждались сходящимся лазерным лучом с большой апертурой (~ 26o ) выше дна ЭП ветки ELP на 0.7 мэВ. Пространственная корреляционная функция 1-го порядка g(1)(x,t=0) находилась из анализа интерференции излучения ЭП из разных точек на образце. Найдено, что при Т=2 К нарастание когерентности в ЭП системе в отсутствие экситонного резервуара происходит крайне медленно: даже на временах ~250 пс: величина g(1)(x) <0.2 уже при х=2,5 мкм. При повышении Т выше 30 К происходит существенное ускорение установления когерентности: длина когерентности 5 мкм достигается на временах ~ 100 пс. Ускорение релаксации ЭП в когерентную область с ростом температуры ускорением установления теплового равновесия в системе ЭП благодаря включению механизма некогерентного рассеяния ЭП на фононах.

Тезисы докладов XIV РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ «ПОЛУПРОВОДНИКИ-2019»•Aug 20, 2019•0 citations

Флуктуации времени возникновения и динамика спонтанной поляризации поляритонного бозе-конденсата / Кочиев М. В., Белых В. В., Сибельдин Н. Н.

Как правило, в экспериментах по исследованию бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) экситонных поляритонов в микрорезонаторах (МР) и свойств конденсата методами фотолюминесценции (ФЛ) при импульсном возбуждении используется накопление сигнала, то есть, получаемая информация оказывается усредненной по многим импульса излучения МР. При таком способе регистрации теряется информация о стохастических свойствах БЭК, которые могут проявляться при исследовании отдельных импульсов излучения конденсата. В последнее время появилось несколько работ, посвященных этой проблеме. Экспериментально [1,2] и теоретически [3] было показано, что отдельные импульсы излучения бозе-конденсата имеют значительную степень поляризации — как линейной, так и круговой. В то же время, при накоплении сигнала люминесценции от большого числа импульсов, как правило, наблюдается линейная поляризация излучения, направление которой привязано к одной из кристаллографических осей. Посредством измерения корреляционной функции второго порядка )2( g было продемонстрировано изменение на пикосекундных масштабах времени знака диагональной линейной поляризации излучения микростолбика, вытравленного из МР [4]. Также было обнаружено, что пространственное распределение интенсивности излучения БЭК случайным образом изменяется от импульса к импульсу при больших отрицательных расстройках между фотонной и экситонной модами МР [5]. В докладе будут кратко изложены результаты этих работ. В настоящей работе при помощи измерения корреляционной функции второго порядка )2( g для чисел фотонов обнаружены флуктуации времени возникновения БЭК в планарном МР на основе GaAs [6]. Задержка времени возгорания излучения конденсата относительно лазерного импульса изменялась от импульса к импульсу (джиттер). Джиттер максимален (~ 10 пс) вблизи порога конденсации и уменьшается с ростом мощности накачки. Джиттер приводит к увеличению измеряемых значений )2( g на фронте и спаде импульса излучения БЭК, что необходимо учитывать при корреляционных измерениях. При измерениях с накоплением сигнала от большого числа импульсов джиттер приводит к увеличению измеряемой длительности импульса. Теоретический анализ показал, что среднее значение джиттера по порядку величины равно времени нарастания люминесценции БЭК. Также исследована динамика степени спонтанной круговой и линейной поляризации отдельных импульсов излучения МР. Отдельные импульсы излучения МР при превышении порога бозе-конденсации имеют значительную круговую и линейную поляризацию, случайным образом изменяющуюся от импульса к импульсу. Спонтанная поляризация возникает на фронте импульса излучения; круговая поляризация быстро затухает и, как правило, изменяет знак через несколько десятков пикосекунд. Линейная поляризация затухает примерно на 50 пс позже круговой.

Тезисы докладов XIV РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ «ПОЛУПРОВОДНИКИ-2019»•Aug 20, 2019•0 citations

Температурный скачок в вырожденных квантовых газах при наличии конденсата Бозе - Энштейна

Анатолий Васильевич Латышев, Александр Алексеевич Юшканов, Aleksandr Alekseevich Yushkanov

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭНШТЕЙНА Построено кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен случай, когда в элементарных возбуждениях определяющей является фононная компонента.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.

Теоретическая и математическая физика•Jan 1, 2010•0 citations

Метод стохастического предела и интерференция в квантовых многочастичных системах

I. Ya. Aref’eva, Igor Vasil'evich Volovich, Sergei Vladimirovich Kozyrev

Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.

Теоретическая и математическая физика•Jun 1, 2015•10 citations

Температурный скачок в вырожденных квантовых газах с энергией возбуждения Боголюбова и при наличии конденсата Бозе - Эйнштейна

Анатолий Васильевич Латышев, Александр Алексеевич Юшканов, Aleksandr Alekseevich Yushkanov

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ С ЭНЕРГИЕЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ БОГОЛЮБОВА И ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНА Построено линеаризованное кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен общий случай зависимости энергии элементарных возбуждений от импульса согласно формуле Боголюбова.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.Получено выражение для сопротивления Капицы.

Теоретическая и математическая физика•Jan 1, 2010•0 citations

Бозе-конденсация в возбужденной зоне и энергетический спектр модели Бозе - Хаббарда

Игорь Васильевич Стасюк, Igor Vasil'evich Stasyuk, O. V. Velychko

Продемонстрирована возможность расслоения на нормальную фазу и фазу с бозе-конденсатом при фиксированной средней концентрации бозонов.В приближении хаотических фаз проведен расчет бозонной функции Грина и одночастичной спектральной плотности.Проанализированы изменения в спектре возбуждений типа "частица" или "дырка" в области перехода из нормальной фазы в фазу с бозе-конденсатом.

Теоретическая и математическая физика•Jan 1, 2011•0 citations
Построена теория эффекта фотонного увлечения двумерного газа дипольных экситонов. Эффект изучен как в нормальной фазе экситонного газа, так и в режиме бозе-эйнштейновского конденсата. Показано, что в нормальной фазе плотность потока экситонов, увлекаемых светом, может иметь резонансное поведение как функция частоты света в случае, если частота фотона близка к энергии перехода между уровнями дискретного спектра экситона. Теория эффекта увлечения экситонного конденсата строится на основе модели Боголюбова для слабонеидеального бозе-газа. Анализ отклика бозе-конденсата на воздействие света показывает, что возможны два типа процессов возбуждения бозе-частиц из конденсата в состояние с ненулевым неправленым значением импульса центра масс. Первый процесс обусловлен прямым поглощением фотона с переходом экситона из конденсата в надконденсатное состояние с ненулевым импульсом (с возбуждением внутренней степени свободы). Такие процессы на энергетической диаграмме практически вертикальны и дают резонансное поведение потока экситонов как функции частоты, аналогично случаю нормальной фазы экситонного газа. Вторые процессы являются непрямыми на энергетической диаграмме и сопровождаются испусканием боголюбовского возбуждения, при переходе индивидуального экситона в надконденсатное состояние. Испускание боголюбовской квазичастицы является прямым требованием законов сохранения: квант колебаний плотности конденсата уносит импульс, необходимый для осуществления непрямого перехода с участием фотона. Таким образом, коллективные возбуждения конденсата играют роль «третьего тела» для непрямых переходов. При этом оба перехода – прямой и непрямой – описываются одним – первым – порядком теории возмущений. Расчет показывает, что непрямые переходы приводят к квантованию (ступенчатому поведению) потока экситонов как функции частоты света, при этом каждая «ступенька» соответствует возбуждению внутренней степени свободы экситона. При частоте света, превосходящей потенциал ионизации индивидуального экситона, в системе индуцируется электрической ток, обусловленный распадом экситона на электрон и дырку. Показано, что по частотному поведению фотоиндуцированного электрического тока возможно детектировать фазовое состояние экситонного газа, в том числе, определять наличие в системе экситонного конденсата.
Одной из наиболее важных характеристик бозе-эйнштейновского конденсата является пространственная когерентность - свойство системы иметь одну и ту же волновую функцию в разных точках, разделенных расстоянием, превышающим тепловую длину волны де Бройля. Для понимания процессов, управляющих конденсацией Бозе-Эйнштейна, важно знать, как быстро устанавливается когерентность во всей системе во время образования конденсата. В теоретических работах [1,2] было показано, что процесс конденсации частиц имеет три стадии: релаксация частиц низкоэнергетическую или так называемую когерентную область, где кинетическая энергия частицы имеет порядок ее энергии взаимодействия с другими частицами, формирование “квазиконденсата” (сглаживание колебаний плотности) и “истинного конденсата” (установление в системе частиц дальнего порядка). Экспериментально динамика формирования пространственной когерентности впервые была исследована для газа ультрахолодных атомов в работе, [3] где было обнаружено, что когерентная область расширяется с постоянной скоростью около 0,1 мм/с. В исследованиях системы экситонных поляритонов (ЭП) в GaAs микрорезонаторах (МР) при межзонном возбуждении, когда ЭП конденсат формируется благодаря стимулированному рассеянию экситонов из фотовозбужденного экситонного резервуара на дно ЭП ветки, было найдено, что пространственная когерентность формирующегося конденсата распространяется со скоростью около 5.107 см/с. При этом взаимодействие конденсата с экситонным резервуаром ведет к частичной декогерентности конденсата, максимальная длина когерентности находится при плотностях возбуждения, превышающих пороговую не более, чем в 1.5-2 раза и лежит в пределах 20 мкм. В этой работе исследовано формирование пространственной когерентности в ЭП системе при резонансном возбуждении ЭП некогерентными пс импульсами в широкой области квазиимпульсов без возбуждения экситонного резервуара. Исследована ЭП система в 2 GaAs/AlGaAs МР с 4 наборами из 3 In0.05Ga0.95As квантовых ям толщиной 10 нм. Добротность МР Q>104 , расщепление Раби – 7.5 мэВ. ЭП возбуждались сходящимся лазерным лучом с большой апертурой (~ 26o ) выше дна ЭП ветки ELP на 0.7 мэВ. Пространственная корреляционная функция 1-го порядка g(1)(x,t=0) находилась из анализа интерференции излучения ЭП из разных точек на образце. Найдено, что при Т=2 К нарастание когерентности в ЭП системе в отсутствие экситонного резервуара происходит крайне медленно: даже на временах ~250 пс: величина g(1)(x) <0.2 уже при х=2,5 мкм. При повышении Т выше 30 К происходит существенное ускорение установления когерентности: длина когерентности 5 мкм достигается на временах ~ 100 пс. Ускорение релаксации ЭП в когерентную область с ростом температуры ускорением установления теплового равновесия в системе ЭП благодаря включению механизма некогерентного рассеяния ЭП на фононах.
Как правило, в экспериментах по исследованию бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) экситонных поляритонов в микрорезонаторах (МР) и свойств конденсата методами фотолюминесценции (ФЛ) при импульсном возбуждении используется накопление сигнала, то есть, получаемая информация оказывается усредненной по многим импульса излучения МР. При таком способе регистрации теряется информация о стохастических свойствах БЭК, которые могут проявляться при исследовании отдельных импульсов излучения конденсата. В последнее время появилось несколько работ, посвященных этой проблеме. Экспериментально [1,2] и теоретически [3] было показано, что отдельные импульсы излучения бозе-конденсата имеют значительную степень поляризации — как линейной, так и круговой. В то же время, при накоплении сигнала люминесценции от большого числа импульсов, как правило, наблюдается линейная поляризация излучения, направление которой привязано к одной из кристаллографических осей. Посредством измерения корреляционной функции второго порядка )2( g было продемонстрировано изменение на пикосекундных масштабах времени знака диагональной линейной поляризации излучения микростолбика, вытравленного из МР [4]. Также было обнаружено, что пространственное распределение интенсивности излучения БЭК случайным образом изменяется от импульса к импульсу при больших отрицательных расстройках между фотонной и экситонной модами МР [5]. В докладе будут кратко изложены результаты этих работ. В настоящей работе при помощи измерения корреляционной функции второго порядка )2( g для чисел фотонов обнаружены флуктуации времени возникновения БЭК в планарном МР на основе GaAs [6]. Задержка времени возгорания излучения конденсата относительно лазерного импульса изменялась от импульса к импульсу (джиттер). Джиттер максимален (~ 10 пс) вблизи порога конденсации и уменьшается с ростом мощности накачки. Джиттер приводит к увеличению измеряемых значений )2( g на фронте и спаде импульса излучения БЭК, что необходимо учитывать при корреляционных измерениях. При измерениях с накоплением сигнала от большого числа импульсов джиттер приводит к увеличению измеряемой длительности импульса. Теоретический анализ показал, что среднее значение джиттера по порядку величины равно времени нарастания люминесценции БЭК. Также исследована динамика степени спонтанной круговой и линейной поляризации отдельных импульсов излучения МР. Отдельные импульсы излучения МР при превышении порога бозе-конденсации имеют значительную круговую и линейную поляризацию, случайным образом изменяющуюся от импульса к импульсу. Спонтанная поляризация возникает на фронте импульса излучения; круговая поляризация быстро затухает и, как правило, изменяет знак через несколько десятков пикосекунд. Линейная поляризация затухает примерно на 50 пс позже круговой.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭНШТЕЙНА Построено кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен случай, когда в элементарных возбуждениях определяющей является фононная компонента.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.
Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ С ЭНЕРГИЕЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ БОГОЛЮБОВА И ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНА Построено линеаризованное кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен общий случай зависимости энергии элементарных возбуждений от импульса согласно формуле Боголюбова.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.Получено выражение для сопротивления Капицы.
Продемонстрирована возможность расслоения на нормальную фазу и фазу с бозе-конденсатом при фиксированной средней концентрации бозонов.В приближении хаотических фаз проведен расчет бозонной функции Грина и одночастичной спектральной плотности.Проанализированы изменения в спектре возбуждений типа "частица" или "дырка" в области перехода из нормальной фазы в фазу с бозе-конденсатом.