液晶微腔激子极化激元涡旋电学调控

涡旋是一种特殊的物理现象，在非线性光学、超导体、玻色爱因斯坦凝聚中是一个非常重要的研究课题。涡旋的调控通常可以利用光学手段来进行，例如调控系统非厄米参数[1]、利用自旋轨道耦合效应[2]、引入光学势垒[3]可以反转系统涡旋的拓扑荷。电学操控涡旋在基于微米尺度轨道角动量光源的光电集成芯片研究中是一个核心问题。但是电学调控涡旋在实验上还有很大难度，具有很大的挑战性。主要原因在于涡旋大部分基于中性的光子和原子，对于外加的电场没有响应。

激子极化激元是激子和光子的叠加态，是一种复合玻色子。由于极小的有效质量，可在室温下实现和冷原子类似的玻色爱因斯坦凝聚现象。特别是微腔激子极化激元在p-i-n微腔结构中实现了电泵浦的玻色爱因斯坦凝聚现象，可研究电学调控下的玻色凝聚体涡旋。天津大学物理系高廷阁教授在液晶微腔激子极化激元电学涡旋调控取得了进展[4]。在前期液晶微腔激子极化激元调控的基础上（可参见 [5]）上，通过改变电压，进而调控液晶分子的朝向，改变了激子极化激元势阱的各向异性，如图1所示。

图1. 液晶微腔激子极化激元电调控示意图。

势阱的各向异性导致了激子极化激元涡旋的出现，通过改变电压，激子极化激元拓扑荷可实现从1到2、-2、-1的连续调控,见图2。实验结果得到了Gross-Pitaevksii方程模拟的证实。本文结果可用来研究玻色凝聚系统涡旋操控以及自旋轨道耦合的玻色爱因斯坦凝聚。这项工作得到了德国帕德博恩大学马学凯研究员、天津大学戴海涛教授、湖南大学王笑教授的合作。

图2.左：激子极化激元拓扑荷1和2的调控。右：激子极化激元拓扑荷-2和-1的调控。

相关研究成果以《Electrically controlling vortices in a neutral exciton-polariton condensate at room temperature》为标题发表在物理著名期刊Physical Review letters（DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.136901）上。该文第一作者为博士研究生翟晓坤，通讯作者为高廷阁教授，天津大学物理系为第一完成单位。本工作得到了国家自然科学基金的资助。