Descrizione del progetto
Esplorare le interazioni polaritoniche in sistemi di elettroni 2D
Il progetto POLTDES, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, studierà l’accoppiamento degli elettroni itineranti ai polaritoni di cavità, affascinanti quasiparticelle che offrono un ricco campo di gioco per lo studio della condensazione senza equilibrio e della superfluidità. I ricercatori esploreranno la complessa interazione tra i polaritoni a cavità e gli stati fortemente correlati in un gas di elettroni 2D, con l’obiettivo di ottenere una superconduttività mediata da polaritoni e di studiare le firme polaritoniche degli stati elettronici che presentano un ordine topologico. Sfruttando l’accoppiamento elettrone-polaritone, i ricercatori potenzieranno le interazioni polaritone-polaritone e si avventureranno nel regime di blocco dei polaritoni, nel quale si impedisce di occupare lo stesso stato a due di questi. Tale progresso dovrebbe consentire l’esplorazione di polaritoni fortemente interagenti non in equilibrio.
Obiettivo
Reversible coupling of excitons and photons in a microcavity leads to the formation of mixed light-matter quasiparticles, called cavity-polaritons. Weakly interacting polaritons constitute a rich system for studying nonequilibrium condensation and superfluidity. While exciton-polaritons have been studied mostly in intrinsic semiconductors with no free electrons, two-dimensional modulation-doped semiconductors with strong interactions between electrons have played a central role in unravelling many-body physics using transport. In this project, we combine these two fields of research and explore the complex interplay between cavity-polaritons and strongly correlated states of two dimensional electrons embedded inside microcavities. Our principal objective is the realization of polariton mediated superconductivity of electrons in gallium arsenide. Besides demonstrating a new mechanism for Cooper-pair formation, such an observation could revolutionize the search for systems that exhibit topological order. In a reciprocal approach, we will exploit the many-body nature of optical excitations in a two-dimensional electron gas to enhance polariton-polariton interactions. This will allow us to reach the polariton blockade regime, paving the way for realization of nonequilibrium strongly interacting polaritons. In parallel, we will explore cavity-magneto-polariton excitations out of fractional quantum Hall ground states: the objective in this part is to use the strong filling factor dependence of polariton splitting to realize nonlinear optical devices which derive their photon-photon interaction from light-absorption induced transition between compressible and incompressible ground states. Concurrently, we will study charged-exciton-polaritons in monolayer transition metal dichalcogenides positioned inside a microcavity, where a large polariton Berry-curvature allows for the observation of valley Hall effect and could be used to realize topological polaritons.
Campo scientifico
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicselectromagnetism
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrypost-transition metals
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopyabsorption spectroscopy
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-ADG - Advanced GrantIstituzione ospitante
8092 Zuerich
Svizzera