Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars

Autores
Anguiano, Sebastian; Sesin, Pablo Ezequiel; Bruchhausen, Axel Emerico; Lamberti, F. R.; Favero, I.; Esmann, M.; Sagnes, I.; Lemaître, A.; Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel; Senellart, P.; Fainstein, Alejandro
Año de publicación
2018
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Semiconductor pillar microcavities have recently emerged as a promising optomechanical platform in the unprecedented 20-GHz frequency range. Currently established models for the mechanical behavior of micropillars, however, rely on complete numerical simulations or semianalytical approaches, which makes their application to experiments notoriously difficult. Here we overcome this challenge with an effective model by reducing the full, hybridized mechanical mode picture of a micropillar to an approach that captures the observed global trends. We show experimentally the validity of this approach by studying the lateral size dependence of the frequency, amplitude, and lifetime of the mechanical modes of square-section pillar microcavities, using room-temperature pump-probe microscopy. General scaling rules for these quantities are found and explained through simple phenomenological models of the physical phenomena involved. We show that the energy shift Δωm of the modes due to confinement is dependent on the inverse of their frequency ω0 and lateral size L (Δωm1/ω0L2) and that the mode lifetime τ is linear with pillar size and inversely proportional to their frequency (τ L/ω0). The mode amplitude is in turn inversely proportional to the lateral size of the considered resonators. This is related to the dependence of the optomechanical coupling rate (g01/L) with the spatial extent of the confined electromagnetic and mechanical fields. Using a numerical model based on the finite-element method, we determine the magnitude and size dependence of g0 and, by combining the results with the experimental data, we discuss the attainable single-photon cooperativity in these systems. The effective models proposed and the scaling rules found constitute an important tool in micropillar optomechanics and in the future development of more complex micropillar based devices.
Fil: Anguiano, Sebastian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: Bruchhausen, Axel Emerico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Lamberti, F. R.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Favero, I.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Esmann, M.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Sagnes, I.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Lemaître, A.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Senellart, P.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Materia
optomecanica
fonones acusticos
resonadores
micropilares
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/182525
Acceder
id CONICETDig_99e98101dac6e2c18475e6966e16195a
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/182525
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillarsAnguiano, SebastianSesin, Pablo EzequielBruchhausen, Axel EmericoLamberti, F. R.Favero, I.Esmann, M.Sagnes, I.Lemaître, A.Lanzillotti Kimura, Norberto DanielSenellart, P.Fainstein, Alejandrooptomecanicafonones acusticosresonadoresmicropilareshttps://purl.org/becyt/ford/1.3https://purl.org/becyt/ford/1Semiconductor pillar microcavities have recently emerged as a promising optomechanical platform in the unprecedented 20-GHz frequency range. Currently established models for the mechanical behavior of micropillars, however, rely on complete numerical simulations or semianalytical approaches, which makes their application to experiments notoriously difficult. Here we overcome this challenge with an effective model by reducing the full, hybridized mechanical mode picture of a micropillar to an approach that captures the observed global trends. We show experimentally the validity of this approach by studying the lateral size dependence of the frequency, amplitude, and lifetime of the mechanical modes of square-section pillar microcavities, using room-temperature pump-probe microscopy. General scaling rules for these quantities are found and explained through simple phenomenological models of the physical phenomena involved. We show that the energy shift Δωm of the modes due to confinement is dependent on the inverse of their frequency ω0 and lateral size L (Δωm1/ω0L2) and that the mode lifetime τ is linear with pillar size and inversely proportional to their frequency (τ L/ω0). The mode amplitude is in turn inversely proportional to the lateral size of the considered resonators. This is related to the dependence of the optomechanical coupling rate (g01/L) with the spatial extent of the confined electromagnetic and mechanical fields. Using a numerical model based on the finite-element method, we determine the magnitude and size dependence of g0 and, by combining the results with the experimental data, we discuss the attainable single-photon cooperativity in these systems. The effective models proposed and the scaling rules found constitute an important tool in micropillar optomechanics and in the future development of more complex micropillar based devices.Fil: Anguiano, Sebastian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Lamberti, F. R.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Favero, I.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Esmann, M.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Sagnes, I.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Lemaître, A.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Senellart, P.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaAmerican Physical Society2018-12info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/182525Anguiano, Sebastian; Sesin, Pablo Ezequiel; Bruchhausen, Axel Emerico; Lamberti, F. R.; Favero, I.; et al.; Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars; American Physical Society; Physical Review A; 98; 6; 12-2018; 1-82469-99262469-9934CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.98.063810info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1103/PhysRevA.98.063810info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-09-29T09:36:20Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/182525instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-09-29 09:36:21.099CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
title Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
spellingShingle Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
Anguiano, Sebastian
optomecanica
fonones acusticos
resonadores
micropilares
title_short Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
title_full Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
title_fullStr Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
title_full_unstemmed Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
title_sort Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars
dc.creator.none.fl_str_mv Anguiano, Sebastian
Sesin, Pablo Ezequiel
Bruchhausen, Axel Emerico
Lamberti, F. R.
Favero, I.
Esmann, M.
Sagnes, I.
Lemaître, A.
Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel
Senellart, P.
Fainstein, Alejandro
author Anguiano, Sebastian
author_facet Anguiano, Sebastian
Sesin, Pablo Ezequiel
Bruchhausen, Axel Emerico
Lamberti, F. R.
Favero, I.
Esmann, M.
Sagnes, I.
Lemaître, A.
Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel
Senellart, P.
Fainstein, Alejandro
author_role author
author2 Sesin, Pablo Ezequiel
Bruchhausen, Axel Emerico
Lamberti, F. R.
Favero, I.
Esmann, M.
Sagnes, I.
Lemaître, A.
Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel
Senellart, P.
Fainstein, Alejandro
author2_role author
author
author
author
author
author
author
author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv optomecanica
fonones acusticos
resonadores
micropilares
topic optomecanica
fonones acusticos
resonadores
micropilares
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/1.3
https://purl.org/becyt/ford/1
dc.description.none.fl_txt_mv Semiconductor pillar microcavities have recently emerged as a promising optomechanical platform in the unprecedented 20-GHz frequency range. Currently established models for the mechanical behavior of micropillars, however, rely on complete numerical simulations or semianalytical approaches, which makes their application to experiments notoriously difficult. Here we overcome this challenge with an effective model by reducing the full, hybridized mechanical mode picture of a micropillar to an approach that captures the observed global trends. We show experimentally the validity of this approach by studying the lateral size dependence of the frequency, amplitude, and lifetime of the mechanical modes of square-section pillar microcavities, using room-temperature pump-probe microscopy. General scaling rules for these quantities are found and explained through simple phenomenological models of the physical phenomena involved. We show that the energy shift Δωm of the modes due to confinement is dependent on the inverse of their frequency ω0 and lateral size L (Δωm1/ω0L2) and that the mode lifetime τ is linear with pillar size and inversely proportional to their frequency (τ L/ω0). The mode amplitude is in turn inversely proportional to the lateral size of the considered resonators. This is related to the dependence of the optomechanical coupling rate (g01/L) with the spatial extent of the confined electromagnetic and mechanical fields. Using a numerical model based on the finite-element method, we determine the magnitude and size dependence of g0 and, by combining the results with the experimental data, we discuss the attainable single-photon cooperativity in these systems. The effective models proposed and the scaling rules found constitute an important tool in micropillar optomechanics and in the future development of more complex micropillar based devices.
Fil: Anguiano, Sebastian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: Bruchhausen, Axel Emerico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Lamberti, F. R.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Favero, I.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Esmann, M.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Sagnes, I.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Lemaître, A.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Senellart, P.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
description Semiconductor pillar microcavities have recently emerged as a promising optomechanical platform in the unprecedented 20-GHz frequency range. Currently established models for the mechanical behavior of micropillars, however, rely on complete numerical simulations or semianalytical approaches, which makes their application to experiments notoriously difficult. Here we overcome this challenge with an effective model by reducing the full, hybridized mechanical mode picture of a micropillar to an approach that captures the observed global trends. We show experimentally the validity of this approach by studying the lateral size dependence of the frequency, amplitude, and lifetime of the mechanical modes of square-section pillar microcavities, using room-temperature pump-probe microscopy. General scaling rules for these quantities are found and explained through simple phenomenological models of the physical phenomena involved. We show that the energy shift Δωm of the modes due to confinement is dependent on the inverse of their frequency ω0 and lateral size L (Δωm1/ω0L2) and that the mode lifetime τ is linear with pillar size and inversely proportional to their frequency (τ L/ω0). The mode amplitude is in turn inversely proportional to the lateral size of the considered resonators. This is related to the dependence of the optomechanical coupling rate (g01/L) with the spatial extent of the confined electromagnetic and mechanical fields. Using a numerical model based on the finite-element method, we determine the magnitude and size dependence of g0 and, by combining the results with the experimental data, we discuss the attainable single-photon cooperativity in these systems. The effective models proposed and the scaling rules found constitute an important tool in micropillar optomechanics and in the future development of more complex micropillar based devices.
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018-12
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/182525
Anguiano, Sebastian; Sesin, Pablo Ezequiel; Bruchhausen, Axel Emerico; Lamberti, F. R.; Favero, I.; et al.; Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars; American Physical Society; Physical Review A; 98; 6; 12-2018; 1-8
2469-9926
2469-9934
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/182525
identifier_str_mv Anguiano, Sebastian; Sesin, Pablo Ezequiel; Bruchhausen, Axel Emerico; Lamberti, F. R.; Favero, I.; et al.; Scaling rules in optomechanical semiconductor micropillars; American Physical Society; Physical Review A; 98; 6; 12-2018; 1-8
2469-9926
2469-9934
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.98.063810
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1103/PhysRevA.98.063810
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv American Physical Society
publisher.none.fl_str_mv American Physical Society
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1844613139143852032
score 13.070432

Publicaciones similares