光物理学：モアレ誘起非線形性を有するファンデルワールスヘテロ構造ポラリトン

共振器による物質と光の相互作用の制御は、現代科学技術において基本的に重要である。これは、物質と光のハイブリッドモードが形成される強結合領域において、光学的な波長の光子による特性の制御が可能であることに例示される。一方、ナノメートルスケールの物質励起は、検証がより困難である。二次元ファンデルワールスヘテロ構造では、電子励起について調整可能なモアレ格子ポテンシャルが形成される可能性があるため、格子ポテンシャルにおいて相関電子ガスの生成が可能になる。モアレ格子に閉じ込められた励起子も報告されているが、協同的効果は観測されておらず、光との相互作用は依然として摂動的である。今回我々は、MoSe₂–WS₂ヘテロ2層系を微小共振器に組み込むことによって、液体窒素温度以下の温度においてモアレ格子励起子と微小共振器光子の協同的結合を確立し、物質と光の両方の汎用的制御を1つのプラットフォームに一体化した。モアレポラリトンの密度依存性から、励起子ブロッケードに起因する強い非線形性、励起子エネルギーシフトの抑制、励起誘起位相緩和の抑制が明らかになり、これらは全て、モアレ励起子の量子閉じ込め性と一致していた。こうしたモアレポラリトン系は、共振器工学と長距離光コヒーレンスを用いることで強い非線形性と微小スケールの物質励起調整を結び付け、調整可能な量子エミッターアレイから生じる集団的現象を研究するプラットフォームをもたらす。

目次へ戻る