光晶格中物质波极化子的形成

       自从第一次将极化子描述为光和物质激发的叠加以来，极化子一直是理解固体中强光-物质耦合本质的关键。尽管极化子概念已被扩展到多个领域，但微腔极化子揭示了其本质，半导体中极化子的实现首次揭示了激子-光子模式分裂是一个移动的、动态耦合的准粒子特征，其色散关系是将两个组分的色散关系混合在一起。由物质激发介导的极化子相互作用为工程有效光子-光子相互作用开辟了新路径，这种相互作用可以诱导玻色-爱因斯坦凝聚和强相互作用的多体状态。在这种情况下，包括半导体微腔、里德堡极化、波导和电路量子电动力学在内的几个极化子平台为量子模拟提供了极大可能。然而，其中一个重大的挑战是实现具有可调参数的强耦合和交互，同时控制耗散并确保极化子的可伸缩性。

       近日，美国石溪大学物理与天文系的Dominik Schneble研究团队开发了一种激子-极化子系统的超冷原子模拟物，在该系统中，相互作用的极化子相位完全可调且没有耗散。在该团队构建的光学晶格系统中，激子被原子激发取代，而原子物质波被光子取代，这两种成分之间的强动力学耦合混合了两种色散关系。他们通过耦合上下极化子分支，从光谱角度研究了物质波极化子的能带结构，并探索了超流体和莫特绝缘区中的极化子输运，其定量结果与理论预期相符。该工作揭示了极化子的基本性质和相关的多体现象，并为极化子量子物质的研究开辟了新的研究方向。相关研究成果发表在《Nature Physics》上。（钟雨豪）

       文章链接：Kwon, J., Kim, Y., Lanuza, A. et al. Formation of matter-wave polaritons in an optical lattice. Nat. Phys. (2022). https://doi.org/10.1038/s41567-022-01565-4