研究背景
微腔激子極化激元是由光子和激子的強耦合產生的混合光-物質粒子，其已經成為操縱光子自旋相互作用的理想候選者。一方面，其光子組分的自旋可以通過微腔縱向-橫向（TE-TM）劈裂產生的有效磁場來調控，從而產生光學自旋霍爾效應和定向的自旋電流。另一方面，激子組分的+1和-1雙重態使其能夠與不同的螺旋度耦合，并通過庫侖相互作用豐富了非線性區域的自旋動力學。同時，具有各向異性的晶體（雙折射效應）可以產生與波矢量無關的橫向和縱向模式的能量分裂。與微腔中的TE-TM劈裂不破壞空間反演對稱不同，這種各向異性誘導的劈裂能夠實現非阿貝爾規范場，并可以產生亞皮秒尺度的快速自旋進動。近年來，鹵化鉛鈣鈦礦材料在光伏光電領域獲得了廣泛關注，其具有相當大的雙折射劈裂能，且易于在室溫實現玻色-愛因斯坦凝聚。同時，構建激子或光子的空間束縛態成為在介觀尺度上定向、儲存和構造不同自旋態激子極化激元的一種有效途徑。束縛態激子-極化激元在動量空間中具有量子化的能級，同時在實空間中具有周期性的空間分布，有望實現分支間參數散射、約瑟夫森振蕩以及量子漩渦等并成為量子通信領域的潛在載體。
文章概述
近日，北京大學張青課題組報道了鈣鈦礦微腔中自旋-軌道耦合劈裂的束縛態激子-極化激元凝聚，證明了級聯激子-極化激元凝聚過程發生在介觀尺寸的雙折射晶體鈣鈦礦微腔中。在動量零點處，從角分辨反射光譜和光致發光光譜中證明了一種雙折射引起的模式分裂，分裂能約10 meV。當泵浦脈沖激光功率超過2.4 μW時，束縛態自旋-軌道耦合劈裂的凝聚態逐級發生，同時準粒子的非線性相互作用增加。進一步，基于圓偏振激光激發下準粒子的簡并特性，測量到非線性相互作用可達約 7.9 meV μW-1，高于線偏振激光激發下的結果約5.7 meV μW-1。上述結果為有限尺寸雙折射鈣鈦礦微腔中發生的級聯激子-極化激元凝聚過程提供了深刻的見解，突出了各向異性誘導的自旋-軌道耦合劈裂的基態凝聚體的關鍵潛力，為研究和操縱各向異性鈣鈦礦中自旋相關的非線性行為以及片上應用鋪平了道路。
圖文導讀
圖1 a) CsPbBr3微腔示意圖（左）和TEM橫截面圖（右）。比例尺：400nm。b) 左：CsPbBr3微腔沿X、Y方向不同邊緣長度的SEM俯視圖。右：CsPbBr3微腔的TEM圖像。c) 微腔沿X方向模式的測量示意圖，樣品的長邊X方向平行于光譜儀入口狹。d) CsPbBr3微腔沿kX方向在kY = 0 μm?1（左）和kY在kX = 0 μm?1（右）的角分辨光致發光光譜。
圖2 a)-c)在泵浦功率為3.60、3.85和5.20 μW下的角分辨光致發光光譜演化。a) TM和TE偏振總和（Xy + Xx）。b) TM偏振（Xy）。c) TE偏振（Xx）。Xy1能態(d)、Xx0能態(e)和Xy0能態(f)中極化激元光致發光強度和線寬隨泵浦功率的變化。
圖3 圖2 中 a) Xy1（灰色）、Xx0（綠色）和Xy0（黃色）能態的中心峰位隨泵浦功率的藍移量。b) 圓偏振（cp）和線偏振（lp）脈沖激光激發下自旋軌道耦合劈裂的束縛能級中心峰位隨泵浦功率的藍移量。
圖4。a) Xx和Xy極化激元凝聚的實空間光學圖像。b) 邁克爾遜干涉儀進入CCD相機的路徑示意圖。c)零時間延遲下Xx和Xy極化激元凝聚體的干涉圖像。d) b中紅色虛線的剖面圖。
期刊簡介
Advanced Optical Materials是一個國際性的、跨學科的論壇，針對材料科學的同行評審論文，重點關注光-物質相互作用的各個方面。致力于光子學、等離子體、超材料等領域的突破性發現和基礎研究。
