Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (6), 608–614
Double ring polariton condensates with polariton vortices
Evgeny S. Sedov – Key Laboratory for Quantum Materials of Zhejiang Province, School of Science,Westlake University, Zhejiang; Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study, Hangzhou, Zhejiang Province, China; Spin Optics Laboratory, St. Petersburg State University, St. Petersburg; Vladimir State University, Vladimir, Russia; evgeny_sedov@mail.ru
Vladimir A. Lukoshkin – Spin Optics Laboratory, St. Petersburg State University, St. Petersburg; Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia; v.lukosh@mail.ioffe.ru
Vladimir K. Kalevich – Spin Optics Laboratory, St. Petersburg State University, St. Petersburg; Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia; kalevich.solid@mail.ioffe.ru
Igor Yu. Chestnov – ITMO University, St. Petersburg, 197101; Vladimir State University, Vladimir, Russia; igor_chestnov@mail.ru
Zacharias Hatzopoulos – FORTH-IESL, Heraklion, Crete, Greece; chatzop@physics.uoc.gr
Pavlos G. Savvidis – Key Laboratory for Quantum Materials of Zhejiang Province, School of Science,Westlake University, Zhejiang; Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study, Hangzhou, Zhejiang Province, China; FORTH-IESL, Heraklion, Crete; Department of Materials Science and Technology, University of Crete, Heraklion, Crete, Greece; p.savvidis@westlake.edu.cn
Alexey V. Kavokin – Key Laboratory for Quantum Materials of Zhejiang Province, School of Science,Westlake University, Zhejiang; Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study, Hangzhou, Zhejiang Province, China; Spin Optics Laboratory, St. Petersburg State University, St. Petersburg; Moscow Institute of Physics and Technology, Moscow Region, Russia; a.kavokin@westlake.edu.cn
Corresponding author: Evgeny S. Sedov, evgeny sedov@mail.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2022-13-6-608-614
PACS 71.36.+c, 03.75.Lm
ABSTRACT We study formation of persistent currents of exciton polaritons in annular polariton condensates in a cylindrical micropillar cavity under the spatially localised nonresonant optical pumping. Since polariton condensates are strongly nonequilibrium systems, the trapping potential for polaritons, formed by the pillar edge and the reservoir of optically induced incoherent excitons, is not real in general case. Its imaginary part includes the spatially distributed gain from the pump and losses of polaritons in the condensate. We show that engineering the gain-loss balance in the micropillar plane gives one an access to the excited states of the polariton condensate. We demonstrate, both theoretically and experimentally, the formation of vortices in double concentric ring polariton condensates in the case of complex annular trap potential.
KEYWORDS polariton, exciton-polariton condensate, persisten current, micropillar, vortex.
ACKNOWLEDGEMENTS This work was done under the support of the Saint Petersburg State University (Grant No. 91182694). A. K. and P.S. acknowledge the support of Westlake University, Project 041020100118 and Program 2018R01002 funded by Leading Innovative and Entrepreneur Team Introduction Program of Zhejiang Province of China. A. K. acknowledges support from the Moscow Institute of Physics and Technology under the Priority 2030 Strategic Academic Leadership Program. Numerical simulations were supported by the RF Ministry of Science and Higher Education under Agreement No. 0635-2020-0013 and by the RF Presidential Grant for state support of young scientists No. MK-4729.2021.1.2 and No. MK-5318.2021.1.2.
FOR CITATION Sedov E.S., Lukoshkin V.A., Kalevich V.K., Chestnov I.Yu., Hatzopoulos Z., Savvidis P.G., Kavokin A.V. Double ring polariton condensates with polariton vortices. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (6), 608–614.
[In Russian] Е. С. Седов, В. А. Лукошкин, В. К. Калевич, И. Ю. Честнов, З. Хацопулос, П. Г. Саввидис, А. В. Кавокин
Двухкольцевые поляритонные конденсаты с поляритонными вихрями
Исследовано формирование незатухающих токов экситонных поляритонов в кольцевых поляритонных конденсатах в микроцилиндрическом резонаторе в условиях пространственно-локализованной нерезонансной оптической накачки. Поскольку поляритонные конденсаты являются сильно неравновесными системами, потенциал захвата поляритонов, образованный микроцилиндром и резервуаром оптически индуцированных некогерентных экситонов, в общем случае является комплексным. Его мнимая часть включает пространственно-распределённое усиление за счёт накачки и потери поляритонов в конденсате. Показано, что управление балансом усиления и потерь в плоскости микроцилиндрического резонатора открывает доступ к наблюдению возбуждённых состояний поляритонного конденсата. Теоретически и экспериментально продемонстрировано образование вихрей в двойных концентрических кольцевых поляритонных конденсатах в комплексном потенциале кольцевой ловушки.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА поляритон, экситон-поляритонный конденсат, незатухающий ток, микропиллар, вихрь.
