Dynamika ekscytonowo–fotonowa w grafenie
Ekscytony — quasi-cząstki neutralne występujące w półprzewodnikach — wykazują silne sprzęganie ze światłem. Zanurzenie grafenu bimolekularnego z pasmem wzbronionym w mikrownękach optycznych umożliwia kontrolowanie interakcji, które mogą prowadzić do silnego reżimu sprzęgania. Tego typu interakcje prowadzą do formowania się nowego rodzaju quasi-cząstki znanej jako ekscyton-polariton, który jest w połowie świetlną, w połowie materialną quasi-cząstką Bosego. Dzięki finansowaniu ze środków UE, zespół projektu "Bilayer graphene exciton polariton" (BIGEXPO) starał się lepiej zrozumieć sprzęganie grafenu bimolekularnego z polem fotonicznym mikrownęki. Przyjmując podejście oparte na nieperturbacji, zespół BIGEXPO skupił się na badaniu zjawiska, jakie ma miejsce, gdy warstwa dwubiegunowa, taka jak arkusz grafenu, wchodzi w interakcję z polem elektromagnetycznym. Wyniki badania pokazały, że następuje przerwanie efektu Purcella — wbrew temu, czego można by się spodziewać, wskaźnik spontanicznej emisji spada w reżimie silnego sprzęgania. Naukowcy zaobserwowali także, że obecne przybliżenia do emisji fotonicznych wymagają modyfikacji. Kolejnym zadaniem było opracowanie teorii mikroskopowej opisującej sprzęganie między ekscytonami w grafenie bimolekularnym i fotonach. Po ukończeniu teoria ta powinna stanowić obszerny opis zjawisk fizycznych odpowiadających za interakcję między światłem a materią. Natura sprzężenia nieperturbacyjnego powinna uzasadniać nadzwyczajne skutki zjawiska fizyczne. Zespół BIGEXPO starał się lepiej zrozumieć procesy fizyczne rządzące dynamiką ekscytonowo–fotonową w mikrownękach. Uwzględniając jego duży dipolowy moment ekscytonowy, system mikrownęk grafenowych mógłby przesunąć granice badań z powrotem w kierunku elektrodynamiki kwantowej wnęk w stanie stałym. Nie tylko pozwoli on na obserwację nowatorskiego, silnie skorelowanego reżimu sprzęgania światło–materia, ale także pozwoli rozwinąć nową generację superwydajnych przyrządów optoelektronicznych terahertzowych i podczerwieni średniej.
Słowa kluczowe
Grafen, interakcja światło–materia, optoelektroniczny, grafen bimolekularny, polaryzacja ekscytonu
