Взаимодействие света с веществом в нанофотонных волноводах на основе новых функциональных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Михин Алексей Олегович

• Михин Алексей Олегович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Михин Алексей Олегович

Оглавление

Стр.

Реферат

Synopsis

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Топологические состояния

1.2 Подходы к реализации топологических состояний

1.3 Дихадькогениды переходных металлов

1.4 Теоретическая гипотеза о материалах с высоким показателем преломления

1.5 Нелинейные свойства подяритонных систем на основе ДПМ

1.6 Планарные нанофотонные устройства на основе ДПМ

1.7 Дизайны планарных микрорезонаторных структур

Глава 2. Экспериментальные методики

2.1 Фабрикация массива многомодовых структурированных волноводов

2.2 Получение чешуек дихадькогенидов переходных металлов

2.3 Реализация установки по наблюдению краевого топологического состояния

2.4 Экспериментальная установка для микроскопии отражения с угловым разрешением

2.5 Экспериментальная установка для исследования пропускания гибридного планарного иоляритонного волновода на основе монослоев ДПМ

Глава 3. Управление распространением света в массиве

наноструктурированных кремниевых волноводов

3.1 Вырожденные моды

3.2 Гибридная природа мод и когерентное управление

3.3 Экспериментальное наблюдение краевой топологической моды

Стр.

3.4 Выводы по второй главе

Глава 4. Исследование оптических свойств волноводов из

слоистых ван-дер-ваальсовых полупроводников

4.1 Экспериментальное исследование показателя преломления ЯеБ^

4.2 Заключения по третьей главе

Глава 5. Нелинейные эффекты в поляритонных волноводах на

основе дихалькогенидов переходных металлов

5.1 Экспериментальное исследование спектров пропускания иоляритонного волновода

5.2 Теоретическая модель для описания эволюции фемтосекундных лазерных импульсов в поляритонном волноводе

5.3 Сопоставление экспериментальных данных и теоретического моделирования

5.4 Заключения по четвертой главе

Глава 6. Разработка дизайна планарного брэгговского микрорезонатора, интегрированного с

дихалькогенидами переходных металлов

6.1 Исследование и оптимизация параметров структуры без

монослоя ДПМ

6.2 Исследование спектров пропускания структуры с монослоем ДПМ

6.3 Определение параметров системы при помощи модели

связанных осцилляторов

6.4 Факторы, влияющие на силу связи света с веществом

6.5 Выводы по пятой главе

Заключение

Словарь терминов

Список литературы

Благодарности

Приложение А. Основные публикации автора по теме

диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимодействие света с веществом в нанофотонных волноводах на основе новых функциональных материалов»

Реферат

Общая характеристика диссертации

Актуальность. Интенсивное развитие нанофотоники в последние годы обусловлено необходимостью преодоления ограничения скорости работы, а также повышения энергоэффективности и снижения потерь современных электронных устройств. Эти факторы способствуют переходу к полностью оптическим системам.

Одними из ключевых компонентов современных устройств, используемых для передачи информации, являются полноводные структуры. Нелинейные эффекты, возникающие в волноводах, играют значительную роль в разработке интегральных фотонных устройств и способствуют повышению эффективности оптического взаимодействия. Интегральная нанофотоника имеет значительный потенциал в обработке информации, особенно благодаря активным нанофо-тонным устройствам. Реализация нелинейных свойств полноводных структур, одновременно с их миниатюризацией, открывает новые возможности для управления оптическими свойствами волноводов. Это, в свою очередь, способствует разработке полноводных систем, использующих как оптические, так и квантовые методы. Данные полноводные системы способны не только обеспечивать высокоскоростную передачу данных на значительные расстояния с минимальными потерями, но и играют важную роль в разработке безопасных квантовых коммуникационных систем.

Однако, использование света в качестве носителя информации накладывает ряд требований к материальной базе подобных систем. Производительность полностью оптических волноводов часто ограничивается свойствами используемых материалов, такими как их показатель преломления и нелинейно-оптический отклик. В классических системах для изготовления полноводного слоя одним из самых популярных материалов является кремний [1; 2], который обеспечивает высокую эффективность передачи света и низкие потери. В связи с возрастающими требованиями к увеличению скорости работы и уменьшению латеральных размеров устройств, из-за высокой плотности интеграции на чипе, существует необходимость в поиске новых материалов, которые бы способствовали улучшению этих характеристик.

Поэтому, одной из основных задач фотоники является изучение материалов с уникальными оптическими и физическими свойствами, а также методов, способствующих усилению взаимодействия света с веществом. В частности, применение наноструктурирования приводит к расширению функциональности волноводных систем и созданию более компактных и энергоэффективных оптических и квантовых устройств. Наноструктурирование может быть использовано для создания, например, фотонных кристаллов [3] или структур с топологическими состояниями [4; 5]. Использование фотонных кристаллов в оптических волноводах позволяет повысить эффективность управления светом благодаря явлению медленного света. Значительное снижение групповой скорости в таких системах способствует уменьшению энергии возбуждения и активной длины устройства, что создает возможности для разработки устройств с низкими потерями и высокой степенью интеграции. В топологических структурах, благодаря их особой геометрии, существуют состояния, устойчивые к рассеянию на дефектах, что может быть использовано для создания оптических путей с низкими потерями при передаче информации. Другим способом повышения эффективности передачи энергии и манипулирования светом на на-номасштабе является достижение режима сильной связи. В результате сильного взаимодействия между светом и экситонным резонансом в полупроводниках возникают гибридные состояния, известные как экситон-поляритоны. Экситон-поляритоны демонстрируют преимущества как фотонных, так и экситонных систем, обеспечивая сильный нелинейный отклик благодаря смешанной природе этих частиц. Также, крайне важно исследовать и новые материалы, такие как графен и другие слоистые двумерные материалы [6; 7]. Эти материалы привлекают внимание благодаря своим уникальным оптическим и механическим свойствам. Уникальные механические характеристики двумерных материалов позволяют получать слои различной толщины, комбинировать их между собой и наносить на другие подложки, что в свою очередь открывает новые возможности для создания фотонных систем с новыми свойствами.

Таким образом, актуальность настоящей работы обусловлена тем, что для развития современной оптоэлектроники и фотоники необходима разработка новых функциональных материалов и подходов, которые способствовали бы не только улучшению оптических свойств волноводов, но и созданию на их основе более компактных систем на чипах для применение в различных областях фотоники.

Цель исследования. Целью работы является экспериментальное изучение линейных и нелинейных свойств и реализация оптического управления в нанофотонных волноводных структурах на основе новых функциональных материалов.

Научные задачи. 1) Экспериментальная демонстрация топологической краевой моды в массиве кремниевых наноструктурированных волноводов при возбуждении ее фемтосекундным лазерным излучением. Реализация режима управления длиной локализации и существованием этой моды посредством отстройки длины волны фемтосекундного лазерного возбуждения от длины волны вырождения волноводных мод. 2) Экспериментальная и теоретическая демонстрация высокого значения показателя преломления диселенида рения в ближнем инфракрасном диапазоне. 3) Экспериментальное исследование и моделирование нелинейного режима распространения фемтосекундных лазерных импульсов в одномодовом планарном диэлектрическом волноводе из Тэ^Об, на поверхность которого нанесен монослой \¥8е2- 4) Численное исследование пла-нарного диэлектрического микрорезонатора с нанесенным монослоем \¥52-

Методы исследования. Для получения результатов диссертации были применены как теоретические, так экспериментальные методы исследования. В число экспериментальных методов, используемых в данной работе, входили такие оптические методы как, спектроскопия фотолюминесценции, генерация и измерение сигнала третьей гармоники, измерение спектров отражения и пропускания с угловым разрешением, исследование мощностной зависимости спектров пропускания (1-сканирование). В число теоретических методов, использованных для получения результатов работы, входило численное моделирование спектров пропускания фемтосекундных лазерных импульсов. Также, проведено моделирование планарного диэлектрического микрорезонатора с нанесенным монослоем \¥Б2 в программном обеспечении Ьитепса1 РОТБ.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В массиве наноструктурированных кремниевых волноводов, каждый из которых характеризуется наличием пары квазивырожденных мод с одинаковыми константами распространения мод вдоль периодического массива волноводов, но разной симметрией профилей электрического

и

поля мод по отношению к вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости подложки и направлению периодической модуляции, экспериментально наблюдается краевая топологическая мода. Управление длиной локализации и существованием этой моды реализуется посредством отстройки длины волны фемтосекундного лазерного излучения от длины волны вырождения полнополных мод в пределах 40 им.

2. Показатель преломления ЕеБег, определённый на основе экспериментальных спектров отражения с угловым разрешением, демонстрирует значения в интервале от 5.25, при длине волны 1250 им, и до 5.41, при длине волны 1200 им. Полученные значения показателя преломления превосходят аналогичные показатели для кремния и германия в данном диапазоне длин волн, что позволяет рассматривать ЕеБ^ как перспективную альтернативу классическим материалам для создания на его основе волноводных структур на чипе.

3. При распространении фемтосекундных оптических импульсов в од-номодовом планарном диэлектрическом волноводе из Тэ^Об, на поверхность которого нанесён монослой \¥8е2, наблюдаются нелинейные эффекты сдвига центральной частоты и спектрального уширения, возникающие при малых энергиях входного импульса от единиц пДж. Наблюдаемое изменение формы спектров пропускания в зависимости от мощности фемтосекундных оптических импульсов обусловлено кулоновским межполяритонным взаимодействием и рассеянием когерентных экситонов в некогерентный резервуар.

4. В планарном брэгговском микрорезонаторе, зеркала которого формируются периодической прямоугольной модуляцией толщины плоскопараллельного диэлектрического волновода из Та^О^, а монослой \¥Б2 наносится между ними, формируется режим сильной связи между фотонной модой резонатора и экситонным резонансом. В микрорезонаторе длиной 5.25 мкм с пятью периодами модуляции в каждом из зеркал, рассчитанные значения расщепления Раби достигают 80 мэВ.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

1) В массиве кремниевых наноструктурированных волноводов был экспериментально продемонстрирован способ управления длиной локализации

и существованием краевой топологической моды. Это достигается путем отстройки длины волны фемтосекундного лазерного возбуждения от длины волны вырождения волноводных мод. Гибридная природа топологических мод представляет собой полезный инструмент для их селективного возбуждения. Благодаря гибридной природе, топологические моды демонстрируют значительную асимметрию, что позволяет осуществлять управление этими модами в реальном времени за счет адаптации излучения от единственного источника возбуждения. Это отличает рассматриваемую в настоящей работе структуру от большинства других, где для управления откликом фотонной системы применяется интерференция от множественных сигналов возбуждения. Таким образом, предложенный подход предоставляет новые возможности для оптимизации процессов управления светом.

2) Экспериментально получен показатель преломления диселенида рения

2

показателем преломления, основанный на использовании метода микроскопии задней фокальной плоскости с разрешением по длине волны совместно с теоретическим моделированием. Полученные результаты способствуют созданию

2

3) Впервые продемонстрировано наличие режима сильной связи и образование волноводных экситон поляритонов в одномодовом планарном

диэлектрическом волноводе из Та205, па поверхность которого нанесен моно-2

возникающих в данной системе при распространении фемтосекундных лазерных импульсов. Проведено экспериментальное и теоретическое изучение нелинейно-оптического отклика. Показано, что наблюдаемая зависимость распространения оптических импульсов обусловлена кулоновским межполяри-тонным взаимодействием и рассеянием когерентных экситонов в некогерентный резервуар.

4) Предложен новый дизайн планарного микрорезонатора, основанный на пластинчатом структурированном диэлектрическом волноводе, толщиной менее длины волны, интегрированный с монослоем ДПМ. Анти-пересечение между оптическими и экситонными резонансами свидетельствует о наличии режима сильной связи с расщеплением Раби, превышающим 70 мэВ. Установлено, что расщепление Раби и ширина линии поляритона уменьшаются с увеличением числа периодов в зеркалах Брэгга, что открывает новые возможности для

оптимизации параметров структуры. Результаты дают важную информацию для создания будущего поколения компактных поляритонных элементов совместимых с интегральными фотонными схемами, предлагая новые подходы к реализации логических вентилей.

Практическая значимость. Практическая значимость научной работы заключается в том, что были всесторонне изучены оптические свойства вол-новодных систем, а также продемонстрированы разные способы управления светом и режимы распространения излучения в волноводных структурах.

Использование методов наноструктурирования позволяет получать фотонные системы с новыми оптическими свойствами из уже известных материалов. В работе исследовался массив наноструктурированных кремниевых волноводов, поддерживающих краевое топологическое состояние. Топологические состояния демонстрируют устойчивость к рассеянию на дефектах. Эти свойства могут быть использованы для разработки устойчивых оптических путей, что открывает новые перспективы для применения в области фотоники и интегральных оптических систем. Гибридная природа этих топологических мод создает возможности для их селективного возбуждения, что позволяет эффективно управлять модами в режиме реального времени путем адаптации излучения из одного источника возбуждения. В отличие от традиционных подходов, требующих применения множественных сигналов возбуждения для контроля реакции системы, предложенный метод обеспечивает более простую и эффективную реализацию управления.

Усиление свойств нанофотонных систем также возможно за счет использования новых материалов, таких как дихалькогениды переходных металлов. В данной работе экспериментально продемонстрировано наличие высокого показателя преломления у слоистого диселенида рения (ЯеЗ^). Полученные значения показателя преломления превосходят аналогичные показатели для кремния и германия в рассматриваемом диапазоне длин волн, что делает ЕеБ^ перспективной альтернативой для создания волноводных структур. Его выдающиеся оптические характеристики в сочетании с уникальными механическими свойствами позволяют разрабатывать волноводы различной толщины и наносить их на различные подложки, что, в свою очередь, способствует созданию чип-совместимых устройств с новыми уникальными свойствами.

В гибридной волноводной системе, состоящей из одномодового пли парного диэлектрического волновода на основе Та^05, на поверхность которого

2

связи, а также проведено исследование нелинейно-оптического отклика. В данной работе были выполнены измерения спектров пропускания фемтосекундных лазерных импульсов в зависимости от мощности входного импульса, а также разработана теоретическая модель, объясняющая наблюдаемое поведение. Использование режима сильной связи представляет собой один из наиболее перспективных подходов для наблюдения нелинейных эффектов при низких интенсивностях возбуждения. Это способствует усилению взаимодействия света с веществом, что, в свою очередь, приводит к расширению функциональных возможностей волноводных систем и созданию более компактных и энергоэффективных оптических и квантовых устройств. Полученные результаты являются значительным шагом в разработке нелинейных поляритонных устройств на основе двумерных полупроводниковых кристаллов.

Также, в данной работе представлен новый дизайн планарного по-ляритонного микрорезонатора с брэгговскими зеркалами, формируемыми периодической прямоугольной модуляцией толщины плоскопараллельного ди-

25

2

ся режим сильной связи между фотонной модой резонатора и экситонным резонансом, что существенно повышает эффективность управления светом в данной структуре. Учитывая возрастающие требования к увеличению скорости работы и уменьшению латеральных размеров устройств в условиях высокой плотности интеграции на чипе, применение планарной геометрии и компактные размеры данного устройства представляют собой перспективную альтернативу вертикальным брэгговским резонаторам для интеграции на чипе в качестве логических вентилей в фотонных схемах.

Достоверность. Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что при проведении исследований использовалось точное и высокотехнологичное оборудование, предварительно откалиброванное и настроенное при помощи тестовых образцов, и основывается на воспроизводимости результатов измерений. Экспериментальные данные подтверждаются проведенными теоретическими расчетами и согласуются с ранее опубликованными результатами.

Результаты представлены в ряде публикаций и обсуждались на всероссийских и международных конференциях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях: 1) Доклад на 22-й Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, по теме: "Нелинейно-оптические эффекты экситон-поляритонных состояний в планар-

ных резонансных структурах интегрированных с монослоями дихалькогенидов

"

международным участием "Енисейская фотоника - 2022" по теме: "Нелинейные

эффекты в поляритонных волноводах на основе дихалькогенидов переход""

""

"

клад на Всероссийской научной конференции с международным участием

" Невская фотоника - 2023" по теме: "Топологические состояния в массиве нано-

"

"" "

"

Личный вклад автора. Автором были реализованы представленные в работе оптические схемы спектроскопии в задней фокальной плоскости и измерения третьей гармоники в пропускании. Получены экспериментальные данные и изображения, полученные в ходе исследования массива наноструктурирован-ных волноводов, а также изучения коэффициента отражения диселенида рения. Автор участвовал в получении спектров пропускания гибридного волновода, интегрированного с монослоем диселенида вольфрама и их теоретическом моделировании. Автором разработан дизайн планарного поляритонного микрорезонатора и проведено численное моделирование спектров пропускания. Также автор участвовал в формулировании целей исследования и непосредственно в подготовке материала для публикации статей.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и 1 приложения. Полный объём диссертации составляет 180 страниц, включая 51 рисунок и 1 таблицу. Список литературы содержит 131 наименование.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Михин Алексей Олегович

Заключение

В ходе диссертационной работы были проведены экспериментальные исследования и численные расчеты ряда нанофотонных систем на основе новых функциональных материалов. Для развития современной нанофотоники необходимо изучение новых материалов и методов, способствующих усилению взаимодействия света с веществом. Целью данной работы стало экспериментальное исследование линейных и нелинейных свойств, а также реализация оптического управления в нанофотонных волноводных структурах на основе новых функциональных материалов.

В результате работы экспериментально продемонстрировано наличие топологических краевых состояний в массиве наноструктурированных кремниевых волноводов, каждый из которых характеризуется наличием пары квазивырожденных мод с одинаковыми константами распространения мод вдоль периодического массива волноводов, но разной симметрией профилей ближнего поля. Также, была представлена возможность управления длиной локализации и самим существованием краевых топологических мод, за счет отстройки длины волны фемтосекундного лазерного излучения от частоты вырождения волноводных мод в диапазоне от 1530 пм до 1600 им.

При помощи метода микроскопии задней фокальной плоскости впервые

2

ленный на основе спектров отражения с угловым разрешением. Было показано,

что при длине волны 1200 им показатель преломления принимает значение 5.4, а

2

превосходит показатель кремния и германия в данном диапазоне длин волн. Это

2

материалам для создания на его основе волноводных структур.

В одномодовом планарном диэлектрическом волноводе из Тэ^Об, на

2

режима сильной связи. Распространение фемтосекундных оптических импульсов внутри волновода приводит к выраженным нелинейным эффектам сдвига центральной частоты и спектрального уширения. Было показано, что такое поведение спектров пропускания лазерных импульсов обусловлено кулоновским

межполяритонным взаимодействием и рассеянием когерентных экситонов в некогерентный резервуар.

Также, был предложен новый дизайн планарного брэгговского микрорезонатора, зеркала которого формируются периодической прямоугольной модуляцией толщины плоскопараллельного диэлектрического волновода из Та205, а монослой \¥Б2 наносится между ними. Проведен численный анализ влияния длины и числа периодов резонатора на силу связи и расщепление Раби. Показано, что расщепление Раби достигает 80 мэВ в микрорезонаторе длиной 5.25 мкм и пятью периодами модуляции в каждом из зеркал.

Полученные результаты могут способствовать созданию компактных и высокоэффективных нанофотонных устройств на чипах для квантовых технологий и других современных приложений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Михин Алексей Олегович, 2024 год

Список литературы

1. All-optical control of light on a silicon chip / V. R. Almeida [и др.] // Nature. - 2004. - О к г. - Т. 431. - С. 1081 1084.

2. Nonlinear silicon-on-insulator waveguides for all-optical signal processing / C. Koos [и др.] // Opt. Express. - 2007. - Май. - Т. 15, № 10. - С. 5976 5990.

3. Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides / Y. A. Vlasov [и др.] // Nature. - 2005. - Нояб. - Т. 438. - С. 65 69.

4. Experimental realization of photonic topological insulator in a uniaxial metacrystal waveguide / W.-J. Chen [и др.] // Nat. Commun. — 2014. — Дек. - Т. 5, № 5782. - С. 1-7.

5. GaAs valley photonic crystal waveguide with light-emitting InAs quantum dots / T. Yamaguchi [и др.] // Appl. Phys. Express. — 2019. — Май. — Т. 12, № 6. - С. 062005.

6. Ultra-compact exciton polariton modulator based on van der Waals semiconductors / S. W. Lee [и др.] // Nat. Commun. — 2024. — Март. — Т. 15, № 2331. - С. 1—7.

7. Ultrathin WS2 Polariton Waveguide for Efficient Light Guiding / S. W. Lee [и др.] // Adv. Opt. Mater. - 2023. - Авг. - Т. И, № 16. - С. 2300069.

8. Savelev R. S., Gorlach M. A. Topological states in arrays of optical waveguides engineered via mode interference // Physical Review B. — 2020. — Окт. - T. 102, № 16. - C. 161112.

9. Warren W., Rabitz #., Dahleh M. Coherent control of quantum dynamics: the dream is alive // Science. - 1993. - T. 259, № 5101. - C. 1581^1589.

10. Goswami D. Optical pulse shaping approaches to coherent control // Physics Reports. - 2003. - Февр. - Т. 374, № 6. - С. 385 481.

11. Rabitz H. Focus on quantum control // New Journal of Physics. — 2009. — Окт. - T. 11, № 10. - C. 105030.

12. Coherent Perfect Diffraction in Metagratings / Z. Zhang [и др.] // Advanced Materials. - 2020. - Июль. - С. 2002341.

13. Coherent full polarization control based on bound states in the continuum / M. Kang |n ;ip.| // Nature Communications. — 2022. — Am'. — T. 13, № 1. — C. 1—9.

14. Searching for materials with high refractive index and wide band gap: A first-principles high-throughput study / F. Naccarato [h ,np.] // Physical Review Materials. - 2019. - T. 3, № 4. - C. 044602.

15. Giant optical anisotropy in transition metal dichalcogenides for next-generation photonics / G. Ermolaev [h ,np.] // Nature communications. —

2021. - T. 12, № 1. - C. 854.

16. Optical constants of several multilayer transition metal dichalcogenides measured by spectroscopic ellipsometry in the 300-1700 nm range: high index, anisotropy, and hyperbolicity / B. Munkhbat [h ,np.] // ACS photonics. —

2022. - T. 9, № 7. - C. 2398-2407.

17. High refractive index and extreme biaxial optical anisotropy of rhenium diselenide for applications in all-dielectric nanophotonics / A. A. Shubnic |n ;ip.| // Nanophotonics. - 2020. - T. 9, № 16. - C. 4737-4742.

18. Observation of the coupled exciton-photon mode splitting in a semiconductor quantum microcavity / C. Weisbuch [h ,np.] // Physical Review Letters. — 1992. _ T. 69, № 23. - C. 3314.

19. Bose-Einstein condensation of exciton polaritons / J. Kasprzak [h ,np.] // Nature. - 2006. - T. 443, № 7110. - C. 409-414.

20. Superfluidity of polaritons in semiconductor microcavities / A. Amo [h ,np.] // Nature Physics. - 2009. - T. 5, № 11. - C. 805-810.

21. Polariton superfluids reveal quantum hydrodynamic solitons / A. Amo [h ;ip.| // Science. - 2011. - T. 332, № 6034. - C. 1167-1170.

22. Quantized vortices in an exciton-polariton condensate / K. G. Lagoudakis |n ;ip.| // Nature physics. - 2008. - T. 4, № 9. - C. 706-710.

23. Continuous wave observation of massive polariton redistribution by stimulated scattering in semiconductor microcavities / R. Stevenson [h ;ip.| // Physical Review Letters. - 2000. - T. 85, № 17. - C. 3680.

24. Two-dimensional semiconductors in the regime of strong light-matter coupling / C. Schneider [m /j,p.] // Nature communications. 2018.

T. 9, № 1. C. 1 9.

25. Exciton binding energy and nonhydrogenic Rydberg series in monolayer WS 2 / A. Chernikov [m /j,p.] // Physical review letters. 2014. T. 113, № 7. C. 076802.

26. Measurement of the optical dielectric function of monolayer transition-metal dichalcogenides: M0S2, MoSe2, WS2, and WSe2 / Y. Li [h ^p.] // Phys. Rev. B. 2014. Hoh6. T. 90, Bbin. 20. C. 205422. URL: https : //link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.90.205422.

27. Colloquium: Excitons in atomically thin transition metal dichalcogenides / G. Wang [m Ap.] // Reviews of Modern Physics. 2018. T. 90, № 2. C. 021001.

28. Photonic-crystal exciton-polaritons in monolayer semiconductors / L. Zhang [m /i,p.] // Nature communications. 2018. T. 9, № 1. C. 1 8.

29. Observation of tunable charged exciton polaritons in hybrid monolayer WS2-plasmonic nanoantenna system / J. Cuadra [m /j,p.] // Nano letters. 2018. T. 18, № 3. C. 1777 1785.

30. Spatial coherence of room-temperature monolayer WSe2 exciton-polaritons in a trap / H. Shan [m /j,p.] // Nature communications. 2021. T. 12, № 1. C. 1 7.

31. Motional narrowing, ballistic transport, and trapping of room-temperature exciton polaritons in an atomically-thin semiconductor / M. Wurdack [m Ap.] // Nature communications. 2021. T. 12, № 1. C. 1 8.

32. Metasurface integrated monolayer exciton polariton / Y. Chen [m /j,p.] // Nano Letters. 2020. T. 20, № 7. C. 5292 5300.

33. Spatiotemporal continuum generation in polariton waveguides / P. M. Walker [m Ap.] // Light: Science & Applications. 2019. T. 8, № 1. C. 1 11.

34. Ultra-low-power hybrid light matter solitons / P. Walker [m /j,p.] // Nature communications. 2015. T. 6, № 1. C. 1 7.

35. Hybrid integrated quantum photonic circuits / A. W. Elshaari [m /j,p.] // Nat. Photonics. 2020. Mafi. T. 14. C. 285 298.

36. Two-Dimensional Materials for Integrated Photonics: Recent Advances and Future Challenges / J. Wu [h ,np.] // Small Sci. — 2021. — Anp. — T. 1, ..V" 4. - C. 2000053.

37. Dynamical control of nanoscale light-matter interactions in low-dimensional quantum materials / Y. Koo [h ,np.] // Light Sci. Appl. — 2024. — T. 13, ..V" 1. - C. 30.

38. Phase change materials in photonic devices / Z. Gong [h ,np.] // J. Appl. Phys. - 2021. - 51iin. - T. 129, № 3.

39. Photonic van der Waals integration from 2D materials to 3D nanomembranes / Y. Meng |n ;ip.| // Nat. Rev. Mater. — 2023. — Am'. — T. 8. - C. 498-517.

40. Nonlinear optics of normal-mode-coupling semiconductor microcavities / G. Khitrova |n ;ip.| // Rev. Mod. Phys. - 1999. - Okt. - T. 71, № 5. - C. 1591 1639.

41. Skolnick M. S., Fisher T. A., Whittaker D. M. Strong coupling phenomena in quantum microcavity structures // Semicond. Sci. Technol. — 1998. — Hi(».ii>. - T. 13, № 7. - C. 645.

42. Condensation of Semiconductor Microcavity Exciton Polaritons / H. Deng |n ;ip.| // Science. - 2002. - Okt. - T. 298, № 5591. - C. 199-202.

43. Ultrafast polariton relaxation dynamics in an organic semiconductor microcavity / T. Virgili |n ;ip.| // Phys. Rev. B. — 2011. — Hioiih. — T. 83, № 24. - C. 245309.

44. Bose-Einstein condensation of exciton polaritons / J. Kasprzak [h ,np.] // Nature. - 2006. - Oem. - T. 443. - C. 409-414.

45. Nonlinear self-action of ultrashort guided exciton-polariton pulses in dielectric slab coupled to 2D semiconductor / F. A. Benimetskiy [h ,np.] //2D Mater. — 2023. - Am'. - T. 10, № 4. - C. 045016.

46. Probing and Control of Guided Exciton-Polaritons in a 2D Semiconductor-Integrated Slab Waveguide / V. I. Kondratyev [h ,np.] // Nano Lett. — 2023. — Ccht. - T. 23, № 17. - C. 7876-7882.

47. Photonic-crystal exciton-polaritons in monolayer semiconductors / L. Zhang |n ;ip.| // Nat. Commun. - 2018. - ®eBp. - T. 9, № 713. - C. 1-8.

48. Electrostatic Control of Nonlinear Photonic-Crystal Polaritons in a Monolayer Semiconductor / E. Khestanova [m /j,p.] // Nano Lett. 2024. Plioiib.

T. 24, № 24. C. 7350 7357.

49. Gerace Dn Andreani L. C. Quantum theory of exciton-photon coupling in photonic crystal slabs with embedded quantum wells // Physical Review B Condensed Matter and Materials Physics. 2007. T. 75, № 23.

C. 235325.

50. Lu L.. Joannopoulos J. D.. Soljacic M. Topological photonics // Nature Photonics. 2014. T. 8. C. 821 829.

51. Lu L., Joannopoulos J. D., Soljacic M. Topological states in photonic systems // Nature Physics. 2016. T. 12. C. 626 629.

52. Topological photonics / T. Ozawa [m /j,p.] // Reviews of Modern Physics. 2019. T. 91. C. 015006. URL: https : //journals . aps . org/rmp/ abstract/10.1103/RevModPhys.91.015006.

53. Raghu S., Haldane F. D. M. Analogs of quantum-Hall-effect edge states in photonic crystals // Physical Review A. 2008. T. 78. C. 033834. URL: https : //journals . aps . org/pra/abstract/10 . 1103/PhysRevA . 78.033834.

54. Haldane F. D. M., Raghu S. Possible Realization of Directional Optical Waveguides in Photonic Crystals with Broken Time-Reversal Symmetry // Physical Review Letters. 2008. T. 100. C. 013904. URL: https : //j ournals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.100.013904

55. Observation of unidirectional backscattering-immune topological electromagnetic states / Z. Wang [m aP.] // Nature. 2009. T. 461. C. 772 775. URL: https://www.nature.com/articles/nature08293.

56. Photonic Floquet topological insulators / M. C. Rechtsman [m /j,p.] // Nature. 2013. T. 496. C. 196 200. URL: https ://www. nature . com/articles/naturel2066.

57. Robust optical delay lines with topological protection / M. Hafezi [m /j,p.] // Nature Physics. 2011. T. 7. C. 907 912. URL: https ://www . nature.com/articles/nphys2063.

58. Imaging topological edge states in silicon photonics / M. Hafezi [m /j,p.] // Nature Photonics. 2013. T. 7, № 12. C. 1001 1005. URL: http : //www.nature.com/nphoton/j ournal/v7/nl2/full/nphoton.2013.274. html.

59. Photonic topological insulators / A. B. Khanikaev [m /j,p.] // Nature Materials. 2013. T. 12. C. 233.

60. Wu L.-H., Hu X. Scheme for Achieving a Topological Photonic Crystal by Using Dielectric Material // Physical Review Letters. 2015. T. 114. C. 223901.

61. Crystalline metamaterials for topological properties at subwavelength scales / S. Yves [m /j,p.] // Nature Communications. 2017. Hiojib. T. 8, № 1. C. 16023.

62. A topological quantum optics interface / S. Barik [m /j,p.] // Science. 2018. T. 359, № 6376. C. 666 668.

63. Topological LC-circuits based on microstrips and observation of electromagnetic modes with orbital angular momentum / Y. Li [m /j,p.] // Nature Communications. 2018. T. 9. C. 4598. URL: https : //www.nature.com/articles/s41467-018-07084-2.

64. Far-field probing of leaky topological states in all-dielectric metasurfaces / M. A. Gorlach [m /j,p.] // Nature Communications. 2018. Maprr. T. 9, № 1. C. 909.

65. Topological protection of photonic mid-gap defect modes / J. Noh [m /j,p.] // Nature Photonics. 2018. Hioiib. T. 12, № 7. C. 408 415.

66. Visualization of a Unidirectional Electromagnetic Waveguide Using Topological Photonic Crystals Made of Dielectric Materials / Y. Yang [m Ap.] // Physical Review Letters. 2018. Maft. T. 120, № 21.

C. 217401.

67. Third-Harmonic Generation in Photonic Topological Metasurfaces / D. Smirnova [m /j,p.] // Physical Review Letters. 2019. Ceirr. T. 123, № 10. C. 103901.

68. Topological Majorana States in Zigzag Chains of Plasmonic Nanoparticles / A. Poddubny [m ap.] // ACS Photonics. 2014. 5Iiib. T. 1, № 2. C. 101 105.

69. Mapping plasmonic topological states at the nanoscale / I. S. Sinev [m /j,p.] // Nanoscale. 2015. T. 7, № 28. C. 11904 11908.

70. Subwavelength Topological Edge States in Optically Resonant Dielectric Structures / A. P. Slobozhanyuk [m /j,p.] // Physical Review Letters. 2015. T. 114. C. 123901.

71. Nonlinear light generation in topological nanostructures / S. Kruk [m /j,p.] // Nat. Nanotechnol. 2018. T. 14. C. 126 130. URL: https ://www. nature.com/articles/s41565-018-0324-7.

72. Ezawa M. Higher-Order Topological Insulators and Semimetals on the Breathing Kagome and Pyrochlore Lattices // Physical Review Letters. 2018. Aim. T. 120, № 2. C. 026801.

73. Acoustic higher-order topological insulator on a kagome lattice / H. Xue [m AP-] /7 Nature Materials. 2018. Rek. T. 18, № 2. C. 108 112.

74. Observation of higher-order topological acoustic states protected by generalized chiral symmetry / X. Ni [m /j,p.] // Nature Materials. 2018. ^ex. T. 18, № 2. C. 113 120.

75. Caceres-Aravena G., Torres L. E. F. F., Vicencio R. A. Topological and flat-band states induced by hybridized linear interactions in one-dimensional photonic lattices // Physical Review A. 2020. Abf. T. 102, № 2. C. 023505.

76. Guzmdn-Silva D.. Caceres-Aravena G.. Vicencio R. A. Experimental Observation of Interorbital Coupling // Physical Review Letters. 2021. Abf. T. 127, № 6. C. 066601.

77. The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets / M. Chhowalla [m /j,p.] // Nat. Chem. 2013. Anp. T. 5. C. 263 275.

78. Two-dimensional material nanophotonics / F. Xia [m /j,p.] // Nat. Photonics. 2014. ^ex. T. 8. C. 899 907.

79. Exciton polaritons in van der Waals heterostructures embedded in tunable microcavities / S. Dufferwiel [m /j,p.] // Nature communications. 2015.

T. 6, № 1. C. 1 7.

80. Interacting polariton fluids in a monolayer of tungsten disulfide / F. Barachati [m Ap.] // Nature nanotechnology. 2018. T. 13, № 10. C. 906 909.

81. Highly nonlinear trion-polaritons in a monolayer semiconductor / R. Emmanuele [m /j,p.] // Nature communications. 2020. T. 11, № 1. C. 1 7.

82. Nonlinear polaritons in a monolayer semiconductor coupled to optical bound states in the continuum / V. Kravtsov [m /j,p.] // Light: Science & Applications. 2020. T. 9, № 1. C. 1 8.

83. Generation of helical topological exciton-polaritons / W. Liu [m /j,p.] // Science. 2020. T. 370, № 6516. C. 600 604.

84. Strong light matter coupling in two-dimensional atomic crystals / X. Liu [m AP-] /7 Nat. Photonics. 2015. 5Iiib. T. 9. C. 30 34.

85. Room-temperature Tamm-plasmon exciton-polaritons with a WSe2 monolayer / N. Lundt [m /j,p.] // Nat. Commun. 2016. Okt. T. 7, № 13328. C. 1 6.

86. Agranovich V. The influence of reabsorption upon the duration of the fluorescence of molecular crystals // Optika i Spektroskopiya. 1957. T. 3, № 1. C. 84 87.

87. Hopfi,eld J. Theory of the contribution of excitons to the complex dielectric constant of crystals // Physical Review. 1958. T. 112, № 5. C. 1555.

88. Macroscopic Two-Dimensional Polariton Condensates / D. Ballarini [m /j,p.] // Phys. Rev. Lett. 2017. Mafi. T. 118, bbiii. 21. C. 215301. URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.118.215301.

89. Direct measurement of polariton-polariton interaction strength in the Thomas-Fermi regime of exciton-polariton condensation / E. Estrecho [m ap.] // Phys. Rev. B. 2019. Hiojib. T. 100, bbiii. 3. C. 035306. URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.100.035306.

90. Enhanced nonlinear interaction of polaritons via excitonic Rydberg states in monolayer WSe2 / J. Gu [m /j,p.] // Nature communications. 2021. T. 12, № 1. C. 1 7.

91. Van der Waals heterostructure polaritons with moire-induced nonlinearity / L. Zhang [m aP.] // Nature. 2021. MapT. T. 591, № 7848. C. 61 65. URL: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03228-5.

92. Exciton-exciton interaction in transition-metal dichalcogenide monolayers / V. Shahnazaryan [m /ip.] // Phys. Rev. B. 2017. Ceirr. T. 96, i3L.ui. 11. C. 115409. URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB. 96.115409.

93. Polariton interactions in microcavities with atomically thin semiconductor layers / O. Bleu [m /j,p.] // Physical Review Research. 2020. T. 2, № 4. C. 043185.

94. Bosonic condensation of exciton polaritons in an atomically thin crystal / C. Anton-Solanas [m AP.]//Nature materials. 2021. T. 20, № 9. C. 1233 1239.

95. Effect of Coulomb interaction on exciton-polariton condensates in GaAs pillar microcavities / A. Brichkin [m /j,p.] // Physical Review B. 2011. T. 84, № 19. C. 195301.

96. Interaction-induced hopping phase in driven-dissipative coupled photonic microcavities / S. Rodriguez [m /j,p.] // Nature communications. 2016.

T. 7, № 1. C. 1 6.

97. Dark solitons in high velocity waveguide polariton fluids / P. Walker [m /j,p.] // Physical review letters. 2017. T. 119, № 9. C. 097403.

98. Towards polariton blockade of confined exciton polaritons / A. Delteil [m AP-] /7 Nature materials. 2019. T. 18, № 3. C. 219 222.

99. Observation of quantum depletion in a non-equilibrium exciton polariton condensate / M. Pieczarka [m /j,p.] // Nature communications. 2020.

T. 11, № 1. C. 1 7.

100. Nonlinear polariton parametric emission in an atomically thin semiconductor based microcavity / J. Zhao [m /j,p.] // Nature Nanotechnology. 2022.

T. 17, № 4. C. 396 402.

101. Observation of bosonic condensation in a hybrid monolayer MoSe2-GaAs microcavity / M. Waldherr [m /j,p.] // Nature communications. 2018.

T. 9, № 1. C. 1 6.

102. Giant Ultrafast All-Optical Modulation Based on Exceptional Points in Exciton-Polariton Perovskite Metasurfaces / M. A. Masharin [и др.] // ACS Nano. - 2024. - Янв. - Т. 18, № 4. - С. 3447-3455.

103. Room-temperature Bose-Einstein condensation of cavity exciton-polaritons in a polymer / J. D. Plumhof [и др.] // Nat. Mater. — 2014. — Март. — Т. 13. - С. 247-252.

104. All-optical switching based on interacting exciton polaritons in self-assembled perovskite microwires / J. Feng [и др.] // Sci. Adv. — 2021. — Ноя6. — Т. 7, № 46.

105. Exciton-polariton spin switches / A. Amo [и др.] // Nat. Photonics. — 2010. - Июнь. - Т. 4. - С. 361-366.

106. Polariton condensates for classical and quantum computing / A. Kavokin [и др.] // Nat. Rev. Phys. - 2022. - Июль. - Т. 4. - С. 435-451.

107. Two-dimensional semiconductors in the regime of strong light-matter coupling / C. Schneider [и др.] // Nat. Commun. — 2018. — Июль. — Т. 9, № 2695. - С. 1-9.

108. Exciton Binding Energy and Nonhydrogenic Rydberg Series in Monolayer WS2 / A. Chernikov [и др.] // Phys. Rev. Lett. - 2014. - Авг. - Т. ИЗ, № 7. - С. 076802.

109. Thickness-Dependent Refractive Index of 1L, 2L, and 3L MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2 / C. Hsu [и др.] // Adv. Opt. Mater. - 2019. - Июль. - Т. 7, № 13. - С. 1900239.

110. Exciton-polaritons in van der Waals heterostructures embedded in tunable microcavities / S. Dufferwiel [и др.] // Nat. Commun. — 2015. — Окт. — Т. 6, № 8579. - С. 1-7.

111. Metasurface Integrated Monolayer Exciton Polariton / Y. Chen [и др.] // Nano Lett. - 2020. - Июль. - Т. 20, № 7. - С. 5292-5300.

112. Experimental observation of topological Z2 exciton-polaritons in transition metal dichalcogenide monolayers / M. Li [и др.] // Nat. Commun. — 2021. — Июль. - Т. 12, № 4425. - С. 1-10.

113. Interacting polariton fluids in a monolayer of tungsten disulfide / F. Barachati [и др.] // Nat. Nanotechnol. - 2018. - Окт. - Т. 13. - С. 906-909.

114. Nonlinear polaritons in a monolayer semiconductor coupled to optical bound states in the continuum / V. Kravtsov [m /j,p.] // Light Sci. Appl. 2020. Anp. T. 9, № 56. C. 1 8.

115. Nonlocal Exciton-Photon Interactions in Hybrid High-Q Beam Nanocavities with Encapsulated MoS2 Monolayers / C. Qian [h ^p.] // Phys. Rev. Lett. — 2022. Hioiib. T. 128, № 23. C. 237403.

116. Dispersive coupling between MoSe 2 and an integrated zero-dimensional nanocavity / D. Rosser [m /j,p.] // Optical Materials Express. 2022. T. 12, № 1. C. 59 72.

117. Room-temperature continuous-wave lasing from monolayer molybdenum ditelluride integrated with a silicon nanobeam cavity / Y. Li [m /j,p.] // Nature nanotechnology. 2017. T. 12, № 10. C. 987 992.

118. Enhanced light-matter interaction in atomically thin MoS 2 coupled with ID photonic crystal nanocavity / T. Liu [m /j,p.] // Optics express. 2017.

T. 25, № 13. C. 14691 14696.

119. Self-aligned hybrid nanocavities using atomically thin materials / C. F. Fong [m aP.] // ACS Photonics. 2024. T. 11, № 6. C. 2247 2254.

120. Quantization of mode shifts in nanocavities integrated with atomically thin sheets / N. Fang [m /j,p.] // Advanced Optical Materials. 2022. T. 10, № 19. C. 2200538.

121. Photoluminescence emission and Raman response of monolayer MoS2, MoSe2, and WSe2 / P. Tonndorf [m /j,p.] // Opt. Express. 2013. <DeBp. T. 21, № 4. C. 4908 4916.

122. Subwavelength integrated photonics / P. Cheben [m /j,p.] // Nature. 2018. Abf. T. 560, № 7720. C. 565 572.

123. Perturbation theory for Maxwell's equations with shifting material boundaries / S. G. Johnson [m /j,p.] // Phys. Rev. E. 2002. Hioiib.

T. 65, Bbin. 6. C. 066611. URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/ PhysRevE. 65.066611.

124. Interlayer interactions in anisotropic atomically thin rhenium diselenide / H. Zhao [m aP.] // Nano Research. 2015. T. 8. C. 3651 3661.

125. Rahman M., Qiao S., Davey K. Advent of 2D rhenium disulfide (ReS): fundamentals to applications. 2017.

126. Wouters M., Cams otto I. Excitations in a Nonequilibrium Bose-Einstein Condensate of Exciton Polaritons // Phys. Rev. Lett. 2007. Okt.

T. 99, Bbin. 14. C. 140402. URL: https ://link . aps . org/doi/10 . 1103/PhysRevLett.99.140402.

127. Exciton-Exciton Interaction beyond the Hydrogenic Picture in a MoSe2 Monolayer in the Strong Light-Matter Coupling Regime / P. Stepanov [m AP-] /7 Phys. Rev. Lett. 2021. Anp. T. 126, bbiii. 16. C. 167401. URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.126.167401.

128. Backward Cherenkov radiation emitted by polariton solitons in a microcavity wire / D. V. Skryabin [m /j,p.] // Nature Communications. 2017. T. 8, bbiii. 1. C. 1554. URL: https: //doi . org/10.1038/s41467-017-01751-6.

129. Tunable optical nonlinearity for transition metal dichalcogenide polaritons dressed by a Fermi sea / V. Shahnazaryan [m /j,p.] // Physical Review B. 2020. T. 102, № 11. C. 115310.

130. Measurement of the optical dielectric function of monolayer transition-metal dichalcogenides: MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2 / Y. Li [h ^p.] // Phys. Rev. B. 2014. Hoh6. T. 90, № 20. C. 205422.

131. Polariton condensation in an organic microcavity utilising a hybrid metal-DBR mirror / K. E. McGhee [m jip.] // Sci. Rep. 2021. Okt. T. 11, № 20879. C. 1 12.