Polariton-driven phonon laser

Autores
Chafatinos, Dimitri Lisandro; Kuznetsov, Alexander; Anguiano, Sebastian; Bruchhausen, Axel Emerico; Reynoso, Andres Alejandro; Biermann, Klaus; Santos, Paulo; Fainstein, Alejandro
Año de publicación
2020
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Efficient generation of phonons is an important ingredient for a prospective electrically-driven phonon laser. Hybrid quantum systems combining cavity quantum electrodynamics and optomechanics constitute a novel platform with potential for operation at the extremely high frequency range (30–300 GHz). We report on laser-like phonon emission in a hybrid system that optomechanically couples polariton Bose-Einstein condensates (BECs) with phonons in a semiconductor microcavity. The studied system comprises GaAs/AlAs quantum wells coupled to cavity-confined optical and vibrational modes. The non-resonant continuous wave laser excitation of a polariton BEC in an individual trap of a trap array, induces coherent mechanical self-oscillation, leading to the formation of spectral sidebands displaced by harmonics of the fundamental 20 GHz mode vibration frequency. This phonon “lasing” enhances the phonon occupation five orders of magnitude above the thermal value when tunable neighbor traps are red-shifted with respect to the pumped trap BEC emission at even harmonics of the vibration mode. These experiments, supported by a theoretical model, constitute the first demonstration of coherent cavity optomechanical phenomena with exciton polaritons, paving the way for new hybrid designs for quantum technologies, phonon lasers, and phonon-photon bidirectional translators.
Fil: Chafatinos, Dimitri Lisandro. 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: Kuznetsov, Alexander. Paul Drude Institut; Alemania
Fil: Anguiano, Sebastian. 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
Fil: Reynoso, Andres Alejandro. 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: Biermann, Klaus. Paul Drude Institut; Alemania
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Fil: Fainstein, Alejandro. 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
polaritons
BEC
phonon
laser
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
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Institución
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The non-resonant continuous wave laser excitation of a polariton BEC in an individual trap of a trap array, induces coherent mechanical self-oscillation, leading to the formation of spectral sidebands displaced by harmonics of the fundamental 20 GHz mode vibration frequency. This phonon “lasing” enhances the phonon occupation five orders of magnitude above the thermal value when tunable neighbor traps are red-shifted with respect to the pumped trap BEC emission at even harmonics of the vibration mode. These experiments, supported by a theoretical model, constitute the first demonstration of coherent cavity optomechanical phenomena with exciton polaritons, paving the way for new hybrid designs for quantum technologies, phonon lasers, and phonon-photon bidirectional translators.Fil: Chafatinos, Dimitri Lisandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. 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