Conclusioni
Lo scopo di questo lavoro di tesi era lo studio della possibilità di realizzare microcavità planari per l’osservazione di stati misti fotone-eccitazione mate- riale come i polaritoni intersottobanda. Lo studio sperimentale di questi stati quantistici apre la strada non solo alla comprensione di effetti di elettrodi- namica sconosciuti fino a poco tempo fa, ma pone le basi per una possibile futura realizzazione di nuovi calcolatori per la computazione quantistica. In questa tematica di ricerca è necessario non solo sviluppare una teoria comple- ta che formalizzi tali effetti, ma anche analizzare la possibilità sperimentale di osservare alcuni fenomeni e di realizzare dispositivi atti a tale osservazione.
Il lavoro è sviluppato in due direzioni: da una parte ho verificato la possibil- tà di realizzare una microcavità basata su un difetto in un cristallo fotonico, dall’ altra ho studiato l’ effetto dei polaritoni intersottobanda sulla relazio- ne di dispersione nel caso di interazione ultra-forte tra fotone ed eccitazione materiale in una microcavità a prisma.
Nella prima parte ho studiato in dettaglio i parametri necessari ad avere un confinamento della radiazione attraverso un difetto nel cristallo fotonico. Ho utilizzato un metodo ad elementi finiti per la definizione delle equazioni dif- ferenziali e quelle agli autovalori e, attraverso un software commerciale, ho risolto tali equazioni imponendo le opportune condizioni al contorno. Usando la proprietà di scala delle strutture periodiche bidimensionali, ho scelto una radiazione centrale simile a quella utilizzata in lavori precedenti (intorno ai 10 µm) ed ho studiato l’ accoppiamento di tale radiazione con una guida d’
onda esterna sia basata su propagazione plasmonica che dielettrica. Ho forni- to i protocolli ottimizzati per la realizzazione di tali microcavità utilizzando l’
Arseniuro di Gallio. Nella fase successiva ho proposto un metodo per inserire selettivamente le eterostrutture nella microcavità e, attraverso simulazioni, ho analizzato la risposta spettrale del sistema fotone-eccitazione materiale attraverso un modello ad oscillatori di Lorentz. I risultati ottenuti mostra- no che l’ effetto dello splitting dovuto all’ interazione radiazione-materia è effettivamente presente ma presuppone una larghezza di riga che è al limi- te di quelle possibili con transizioni intersottobanda. Nell’ ultima parte ho indagato il regime di accoppiamento ultra-forte attraverso una opportuna microcavità a prisma. Attraverso delle misure di riflettanza ho calcolato le
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relazioni di dispersione sia in funzione dell’ angolo interno e sia in funzione del vettore d’ onda perpendicolare alla direzione di crescita delle eterostrutture.
I risultati ottenuti mostrano come l’ accoppiamento ultra-forte modifichi pro- fondamente l’ usuale relazione ω(k), a tal punto da creare delle zone vuote nella zona del grafico di dispersione in prossimità dell’ energia di risonanza della transizione intersottobanda. Inserendo una struttura periodica unidi- mensionale ho mostrato la possibilità di osservare alcuni punti di tale grafico non accessibili precedentemente. Quest’ ultimo effetto apre la strada a nuovi approcci per lo studio di fenomeni di elettrodinamica nei quali l’ eccitazione materiale può avvenire in condizioni opportunamente scelte per avere vettori d’onda paralleli nulli (eccitazione verticale). A tal scopo sono attualmen- te in corso di svolgimento presso il laboratorio NEST ed in collaborazione con l’Università di Costanza (Germania) dei metodi per lo studio del regi- me di accoppiamento forte attraverso un’ eccitazione verticale di strutture periodiche bidimensionali.
