北极星BIC。a，具有部分蚀刻的1D晶格的极化子波导的表示。b，上下带极值（kx = 0）对光栅空气分数（wa / a）的依赖性，颜色对应于Q因子，由FDTD计算。插图，计算光栅模式的色散（无激子共振）;线厚度表示 wa = 0.25a（红色垂直线）时相应光子共振的宽度。c，极化子色散作为kx在兴奋性跃迁（绿色虚线）周围能量范围内的函数，从耦合振荡器模型计算：光子分量的FDTD结果耦合到激发共振;颜色是0（光子）和1（激子）之间每种模式的兴奋性分数的线性表示。d，在间距为240 nm且填充因子FF≈0.7的光栅激发下，光致发光发射角度分辨≈。下极化子分支上E≈1.519 eV处的黑点来自极化子BIC。耦合振荡器模型（蓝色虚线）用于拟合极化子色散，如c. e，实验从d中可见的两种极化子模式中提取的峰值能量和相应的HWHM（色标）作为kx的函数。最接近 kx ≈ 0 的点无法表征，因为缺乏来自暗状态的信号。f，从托管BIC模式的分支传播极化子的能量分辨寿命，对应于0.5激子分数（|X|2）。明确报告误差线（黄色），在接近BIC能量（垂直虚线）时，误差线的大小会增加。g，极化子模态的色散作为kx和ky的函数，从实验光谱中提取。下分支的分散清楚地形成一个鞍座，沿ky的最小值和沿kx的最大值。h，计算出沿 kx 和 ky 的极化子色散，由耦合振荡器模型获得，如 c 和 d 所示。g，h中的颜色对应于能量轴，从暗到亮。图片来源：《自然》（2022）DOI： 10.1038/s41586-022-04583-7

来自莱切，帕维亚大学，普林斯顿大学和里昂大学的CNR-Nanotec的一组物理学家使用平面波导证明了玻色 - 爱因斯坦凝聚，其中半导体量子阱与连续体中的束缚态（BIC）强耦合。在他们发表在《自然》杂志上的论文中，该小组描述了他们如何设计和构建BIC支持的波导，并用它来演示极化子玻色 - 爱因斯坦凝聚。

BIC是量子系统中具有独特性质的拓扑状态 - 它们的能量在它们周围空间中传播的模式频谱中。它们不与连续体中的其他状态相互作用，它们的能量被认为是实数，具有无限的Q因子。它们也不能辐射到远处的田野。这种状态可以存在于声学，电子和光子系统中。在这项新的努力中，研究人员在光子系统中与他们合作，其中晶体用于改善其非线性效应。

该小组的工作涉及使用BIC的性质来证明平面波导（一种在垂直方向上引导光的装置）中的极化子玻色 - 爱因斯坦凝聚（其中气体冷却到接近绝对零度形成新的物质状态）。

在他们的工作中，研究人员使用12层砷化镓构建了一个波导 - 每层都被屏障隔开。然后用一维光栅蚀刻顶部的五层，该光栅旨在确保在层中激发量子阱时产生共振的BIC状态。这样做也确保了物质和光的强耦合。这导致了激子 - 极化子的形成，由于BIC，这些极化子是局部的，并且具有无限窄的线宽。

然后，研究人员使用瞄准波导的激光脉冲运行他们的设备，这样做显示了极化子玻色 - 爱因斯坦凝聚 - 他们观察到BIC边缘附近的双峰发射，线宽变窄，蓝移的出现。他们还表明，极化子看到的BIC性质都高于和低于与冷凝相关的激励阈值水平。

更多信息：V. Ardizzone等人，来自连续体中结合态的Polariton Bose-Einstein凝聚物，Nature（2022）。DOI： 10.1038/s41586-022-04583-7

期刊信息：《自然》