Двухфотонные корреляции люминесценции в условиях бозе-конденсации диполярных экситонов

Исследованы корреляции интенсивности люминесценции (коррелятор 2-го порядка $g^{(2)}(\tau)$, где $\tau$ – время задержки между регистрируемыми попарно фотонами) в условиях бозе-эйнштейновской конденсации диполярных экситонов в интервале температур $0.45\div4.2$ К. Фотовозбужденные диполярные экситоны накапливались в латеральной ловушке в GaAs/AlGaAs шоттки-диоде с одиночной широкой (25 нм) квантовой ямой при электрическом смещении, приложенном между гетерослоями. Измерения парных фотонных корреляций проводились с использованием двулучевого интерферометра интенсивностей с временным разрешением $\backsimeq$ 0.4 нс по известной классической схеме Хэнбери Брауна–Твисса (Hanbury Brown–Twiss). В окрестности порога бозе-конденсации, который устанавливался по вырастанию в спектре люминесценции узкой линии экситонного конденсата при увеличении оптической накачки (ширина линии вблизи порога $\lesssim\,200$ мкВ), обнаружена группировка фотонов (“bunching”). При этом сама функция парных фотонных корреляций демонстрирует сверхпуассоновское распределение: $g^{(2)}(\tau)>1$ – на масштабах времен когерентности исследуемой системы ($\tau _c\lesssim 1$ нс). Группировка фотонов отсутствует при накачках существенно ниже порога конденсации. При накачках, заметно превышающих порог, когда в спектрах люминесценции начинает доминировать узкая линия экситонного конденсата, эффект группировки также уменьшается и, в конечном итоге, с дальнейшим ростом оптического возбуждения пропадает. В этой области распределение парных фотонных корреляций становится пуассоновским, отражающим единое квантовое когерентное состояние экситонного конденсата. В этих же условиях пространственный коррелятор первого порядка $g^{(1)}(r)$, измеренный по картине интерференционного сложения амплитуд сигналов люминесценции от пространственно-разнесенных частей конденсата в условиях стационарного фотовозбуждения, остается значительным на пространственных масштабах не менее 4 мкм. Обнаруженный эффект группировки фотонов очень чувствителен к температуре и уменьшается в несколько раз при увеличении температуры в интервале 0.45$\div$4.2 К. Если предположить, что люминесценция диполярных экситонов прямым образом передает когерентные свойства газа взаимодействующих экситонов, то обнаруженный факт группировки фотонов в области порога конденсации, где наиболее существенны флуктуации экситонной плотности, и, следовательно, интенсивности люминесценции, свидетельствует о фазовом переходе во взаимодействующем экситонном бозе-газе и является независимым способом детектирования экситонной бозе-конденсации.