Long-range ballistic motion and coherent flow of long-lifetime polaritons

Abstract

Exciton-polaritons can be created in semiconductor microcavities. These quasiparticles act as weakly interacting bosons with very light mass, of the order of 10 −4 times the vacuum electron mass. Many experiments have shown effects which can be viewed as due to a Bose-Einstein condensate, or quasicondensate, of these particles. The lifetime of the particles in most of those experiments has been of the order of a few picoseconds, leading to significant nonequilibrium effects. By increasing the cavity quality, we have made new samples with longer polariton lifetimes. With a photon lifetime on the order of 100-200 ps, polaritons in these new structures can not only come closer to reaching true thermal equilibrium, a desired feature for many researchers working in this field, but they can also travel much longer distances. We observe the polaritons to ballistically travel on the order of one millimeter, and at higher densities we see transport of a coherent condensate, or quasicondensate, over comparable distances. In this paper we report a quantitative analysis of the flow of the polaritons both in a low-density, classical regime, and in the coherent regime at higher density. Our analysis gives us a measure of the intrinsic lifetime for photon decay from the microcavity and a measure of the strength of interactions of the polaritons.

Pulse, polarization and topology shaping of polariton fluids

“…However these short values can be now tuned by orders of magnitudes in different samples. As an example, microcavities presenting particles lifetime of the order of the hundred of picoseconds have been demonstrated by M. Steger et al (2013). 62 In our case, the lifetime imbalance between the polaritons leads to time-dependent Rabi oscillations converging toward a monotonously decaying signal as the population of the upper polaritons "evaporates" and only lower polaritons remain.…”

Динамика спинорной экситон-поляритонной системы в латерально сжатых GaAs микрорезонаторах при резонансном фотовозбуждении

“…Большинство исследований свойств поляритонных конденсатов до настоящего времени проводилось в усло-виях межзонного возбуждения [8][9][10][11]. В этих условиях возбуждаются свободные электроны и дырки в кванто-вых ямах в активной области МР, которые сначала свя-зываются в долгоживущие экситоны.…”

“…Кроме того поляритонные системы в отличие от бозе-конденсатных фаз холодных атомов допускают возможность формирования сильно неравно-весных макроскопически когерентных состояний, между которыми возможны неравновесные переходы, которыми можно управлять на масштабе микрометров и пико-секунд [7]. Наконец, дополнительная спиновая степень свободы у поляритонов ведет к экстраординарным свой-ствам как бозе-конденсата, так и его возбуждений, исследование которых представляет интерес не только с академической точки зрения.Большинство исследований свойств поляритонных конденсатов до настоящего времени проводилось в усло-виях межзонного возбуждения [8][9][10][11]. В этих условиях возбуждаются свободные электроны и дырки в кванто-вых ямах в активной области МР, которые сначала свя-зываются в долгоживущие экситоны.…”

Operation of a semiconductor microcavity under electric excitation

“…While conventional Bose-Einstein condensation (BEC) is defined as a macroscopic occupation of the ground state in thermal equilibrium, here one has to deal with a quasi-condensation since the thermal equilibrium in solid state systems is never achieved due to the finite lifetime of the particles which in the case of EPs amounts to 10-100 ps in modern structures [12][13][14][15].…”