物性物理学：連続準位中束縛状態から生じるポラリトンのボース・アインシュタイン凝縮体

連続準位中束縛状態（BIC）は特異なトポロジカル状態で、平面的なフォトニック結晶格子の中で実現される場合、光円錐内にあるにもかかわらず、対称性によって遠距離場での放射から保護されている。こうしたBICは、超流動ヘリウムや原子のボース・アインシュタイン凝縮体などの量子流体の渦と同様に、偏光ベクトルの巻き付き数で与えられる不変トポロジカルチャージを有する。レーザー発振の証拠を示すパターン形成された誘電体スラブにおいて光学BICがいくつか報告されているが、それらの、理論的には寿命が無限のトポロジカル保護された状態としての可能性は、まだ十分に利用されていない。今回我々は、ポラリトンの蓄積に有利なBICの特異な非発光性によって、BICに、光と物質のハイブリッド励起であるポラリトンの非平衡ボース・アインシュタイン凝縮が生じることを示す。極めて長いBIC寿命と導波路形状による密な閉じ込めの組み合わせによって、極めて低い凝縮しきい値密度を実現できるが、それは分散が最小の所ではなく、逆格子空間の鞍点で達成される。我々は、ボース凝縮と対称性保護された発光固有モードを橋渡しすることによって、分散の特徴がまだ調べられていない巨視的量子状態にトポロジカル特性を付与する方法を明らかにした。こうした観測結果は、費用対効果が高く、最終的には光と物質のハイブリッド光回路の開発に適した集積デバイスにおける、エネルギー効率の高いポラリトン凝縮への道を開く可能性がある。

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