MULTISTABILITY IN A CHIRAL SEMICONDUCTOR MICROCAVITY

O. A. Dmitrieva; Дмитриева О. А.; N. A. Gippius; Гиппиус Н. А.; S. G. Tikhodeev; Тиходеев С. Г.

doi:10.31857/S2686740023030057

МУЛЬТИСТАБИЛЬНОСТЬ В ХИРАЛЬНОМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ МИКРОРЕЗОНАТОРЕ

Авторы: Дмитриева О.А.¹^,2, Гиппиус Н.А.³, Тиходеев С.Г.¹^,2
Учреждения:
1. Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
2. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
3. Сколковский институт науки и технологии
Выпуск: Том 510, № 1 (2023)
Страницы: 10-15
Раздел: ФИЗИКА
URL: https://journal-vniispk.ru/2686-7400/article/view/135927
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740023030057
EDN: https://elibrary.ru/OYJPPO
ID: 135927

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Теоретически исследованы особенности эффектов би- и мультистабильности в полупроводниковом брэгговском микрорезонаторе с хиральным фотонно-кристаллическим слоем на верхнем зеркале. Показано, что отклик такой хиральной структуры на линейно-поляризованную когерентную резонансную накачку демонстрирует резкие мультистабильные переключения со скачками экситонной интенсивности и степени циркулярной поляризации. Показано, что в случае, если пороги бистабильных переходов в системе с разными знаками циркулярной поляризации отличаются незначительно (неоптимизированная структура), вследствие мультистабильных переходов можно ожидать скачков степени циркулярной поляризации отклика даже большей амплитуды, чем в оптимизированной структуре с исходно высокой степенью циркулярной поляризации экситонного отклика при низкой интенсивности накачки.

Ключевые слова

полупроводниковый брэгговский микрорезонатор, фотонный кристалл, хиральность, нелинейность, бистабильность, мультистабильность

Список литературы

Ha N.Y., Ohtsuka Y., Jeong S.M., Nishimura S., Suzaki G., Takanishi Y., Ishikawa K., Takezoe H. Fabrication of a simultaneous red-green-blue reflector using single-pitched cholesteric liquid crystals. Nat. Mater. 2008. V. 7. № 1. P. 43–47.
Fujino H., Koh S., Iba S., Fujimoto T., Kawaguchi H. Circularly polarized lasing in a (110)-oriented quantum well vertical-cavity surface-emitting laser under optical spin injection. Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. № 13. P. 131108. https://doi.org/10.1063/1.3112576
Lindemann M., Xu G., Pusch T., Michalzik R., Hof-mann M.R., Žutić I., Gerhardt N.C. Ultrafast spin-lasers// Nature. 2019. V. 568. № 7751. P. 212–215. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1073-y
Konishi K., Nomura M., Kumagai N., Iwamoto S., Arakawa Y., Kuwata-Gonokami M. Circularly Polarized Light Emission from Semiconductor Planar Chiral Nanostructures // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. № 5. P. 057402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.057402
Shitrit N., Yulevich I., Maguid E., Ozeri D., Veksler D., Kleiner V., Hasman E. Spin-Optical Metamaterial Route to Spin-Controlled Photonics // Science 2013. V. 340. № 6133. 724–726. https://doi.org/10.1126/science.1234892
Rauter P., Lin J., Genevet P., Khanna S.P., Lachab M., Giles D.A., Linfield E.H., Capasso F. Electrically pumped semiconductor laser with monolithic control of circular polarization // Proc. Natl. Acad. Sci. 2014. V. 111. № 52. P. E5623–E5632. https://doi.org/10.1073/pnas.1421991112
Demenev A.A., Kulakovskii V.D., Schneider C., Brodbeck S., Kamp M., Hoefling S., Lobanov S.V., Weiss T., Gippius N.A., Tikhodeev S.G. Circularly polarized lasing in chiral modulated semiconductor microcavity with GaAs quantum wells // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. № 17. P. 71106. https://doi.org/10.1063/1.4966279
Gorkunov M.V., Antonov A.A., Kivshar Y.S. Metasur-faces with Maximum Chirality Empowered by Bound States in the Continuum // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 125. № 9. P. 093903. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.093903
Maksimov A.A., Filatov E.V., Tartakovskii I.I., Kulakovskii V.D., Tikhodeev S.G., Schneider C. Höfling S. Circularly Polarized Laser Emission from an Electrically Pumped Chiral Microcavity // Phys. Rev. Applied. 2022. V. 17. № 2. P. L021001. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17.L021001
Максимов А.А., Филатов Е.В., Тартаковский И.И. Температурная зависимость циркулярно поляризованного излучения инжекционного полупроводникового лазера // Письма в ЖЭТФ. 2022. В. 116. № 8. С. 500–505. https://doi.org/10.31857/S1234567822200022
Zhang X., Liu Y., Han J., Kivshar Y., Song Q. Chiral emission from resonant metasurfaces. 2022. Science. V. 377. № 6611. P. 1215–1218. https://doi.org/10.1126/science.abq7870
Gippius N.A., Tikhodeev S.G., Kulakovskii V.D., Krizhanovskii D.N., Tartakovskii A.I. Nonlinear dynamics of polariton scattering in semiconductor microcavity: Bistability vs. stimulated scattering // Europhys. Lett. 2004. V. 67. № 6. P. 997–1003. https://doi.org/10.1209/epl/i2004-10133-6
Gippius N.A., Shelykh I.A., Solnyshkov D.D., Gavrilov S.S., Rubo Y.G., Kavokin A.V., Tikhodeev S.G., Malpuech G. Polarization Multistability of Cavity Polaritons. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. № 23. P. 236401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.236401
Гаврилов С.С. Неравновесные переходы, хаос и химерные состояния в системах экситонных поляритонов // УФН. 2020. Т. 190. № 2. С. 137–159. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.04.038549
Hopkins B., Poddubny A.N., Miroshnichenko A.E., Kivshar Y.S. Circular dichroism induced by Fano resonances in planar chiral oligomers // Laser Photonics Rev. 2016. V. 10. № 1. 137–146. https://doi.org/10.1002/lpor.201500222
Whittaker D.M., Culshaw I.S. Scattering-matrix treatment of patterned multilayer photonic structures // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. № 15. P. 2610–2618. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.2610
Tikhodeev S.G., Yablonskii A.L., Muljarov E.A., Gippius N.A., Ishihara T. Quasiguided modes and optical properties of photonic crystal slabs // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. № 4. P. 045102. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.045102
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. 620 с.