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Ultrastrong coupling of vibrationally dressed organic Frenkel excitons with Bloch surface waves in a one-sided all-dielectric structure

极化子 激子 凝聚态物理 电介质 物理 联轴节(管道) 激子极化 材料科学 原子物理学 光电子学 冶金
作者
Shaocong Hou,Yue Qu,Xiao Liu,Stephen R. Forrest
出处
期刊:Physical review 卷期号:100 (4) 被引量:11
标识
DOI:10.1103/physrevb.100.045410
摘要

We demonstrate a transition from weak, to strong, to ultrastrong coupling of Frenkel molecular excitons and Bloch surface wave photons at room temperature using a one-sided, all-dielectric optical structure. The all-dielectric structure comprises an organic semiconductor thin film on the surface of a distributed Bragg reflector. We investigate the evolution of multiple vibronic polariton branches and their dominant absorption peaks as a function of coupling and in-plane momentum, which is absent in previous ultrastrong coupling systems. Measurements are interpreted using both the transfer matrix method and a coupled-oscillator model without the rotating wave approximation. The dependence of Rabi splitting on the number of excitons and electrical field amplitude is also modeled showing a transition to ultrastrong coupling at film thicknesses $\ensuremath{\ge}50$ nm. This low-loss polaritonic structure enables us to study phenomena such as organic exciton-polariton dynamics, ultralong range polariton propagation, and high efficiency energy transport in the ultrastrong coupling regime at room temperature.

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