半导体光学微腔中的激子极化激元 (exciton-polariton) 是由激子和腔模光子在强耦合作用下形成的一种准粒子，具有光与物质的双重属性。在微腔极化激元系统中已实现了准玻色-爱因斯坦凝聚、超流体、亮孤子和暗孤子、量子压缩极化激元等多种有趣的现象，对实现芯片上集成的量子光路具有潜在的应用价值[1]。在此报告中，我将展示一种把极化激元局限在亚波长尺度并实现腔模可调谐的方法。这种可调谐微腔由两个相互独立的DBR (分布布拉格反射镜) 组成：一个是半导体DBR，上面生长有半导体量子阱结构；另一个是电介质DBR，表面被构造成凹面的几何结构。两个DBR分别由精密的纳米控制台控制，通过调节它们之间的距离，起到调谐微腔模式的目的[2]。这种微腔结构可在实现很强的三维光学约束的同时，对量子阱有源层不产生任何破坏，从而增强极化激元之间的非线性相互作用，有利于实现量子极化激元阻塞和增强极化激元的量子压缩效应。
开放式微腔的腔模具有很大的TE-TM劈裂，产生了腔模光子的轨道-自旋耦合效应。这种效应与圆形凹面腔镜所形成的光学势场相结合，自发产生了基于极化激元凝聚的、模体积超小的矢量涡旋激光，并在更高阶的横模上观测到了光子的类Skyrmion态[3]。这些矢量涡旋极化激元是高阶庞加莱球上的本征态，我们从理论上构造了自旋轨道耦合的庞加莱超球模型，并提出在此超球中对自旋轨道光子矢量进行逻辑操作[4]。我们还进一步设计制备了相互耦合的开放式微腔，观测到激子极化激元分子的成键态和反键态[5]。我们把发光二维材料MoSe2嵌入开放式微腔中，观测到了单分子层中的激子与腔模光子的强耦合作用[6]。我们目前在努力进一步优化开放式微腔结构，提高微腔的品质因数和机械稳定性，已期实现极化激元量子光源等重大突破。
【1】 Carusotto et al, Quantum fluids of light. Reviews of Modern Physics 2013, 85, 299
【2】 Dufferwiel et al, Strong exciton-photon coupling in open semiconductor microcavities. Applied Physics Letters 2014, 104, 192107
【3】 Dufferwiel et al, Spin Textures of Exciton-Polaritons in a Tunable Microcavity with Large TE-TM Splitting. Physical Review Letters 2015, 115, 246401
【4】 Li et al, Full Stark control of polariton states on a spin-orbit hypersphere. Physical Review B 2016, 94(20), 201301(R)
【5】 Dufferwiel et al, Tunable polaritonic molecules in an open microcavity system. Applied Physics Letters 2015, 107,201106
【6】 Dufferwiel, et al, Exciton-polaritons in van der Waals heterostructures embedded in tunable microcavities. Nature Communications 2015, 6, 8579
报告人简介：
李峰于2017年6月加入西安交通大学，现为电信学院电子系教授、博士生导师。李峰2006年和2008年在天津大学光电子科学与技术系获得学士和硕士学位, 从2008年起在先后加拿大麦吉尔大学（McGill University, 2008-2010）、法国国家科研中心（CNRS）/尼斯大学（Universte de Nice Sophia-Antipolis 2010-2013，博士学位）、英国谢菲尔德大学（University of Sheffield，2014-2017， 博士后）学习和工作，长期从事微纳光子学，尤其是基于光学微腔的光与物质相互作用的研究。