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Abstract

Polaritons are quasi-particles consisting of a superposition of photons and excitons, which can becreated inside semiconductor quantum wells in optical cavities. In this master thesis, we studya system in which multiple semiconductor layers are coupled through a single photonic cavitymode. A momentum-dependent complex phase in the coupling of the excitons to the light fieldgives rise to intrinsic non-trivial topological properties of the polariton bands. In particular, thesystem possesses chiral edge modes, which can be excited by optical pumping near the sampleboundary. We simulate the dynamics of the driven system in the semi-classical approximationusing a dissipative Gross-Pitaevskii equation, which allows us to study topologically protectedchiral transport along the edges of a finite sample. We further discuss the dynamics of a latticeversion of the topological polariton model, from which we can obtain time-resolved spectralinformation and demonstrate the selective excitation of the edge modes. These results pave theway for future study of optical control and many-body physics in polaritonic systems.

Polaritonen sind Quasiteilchen, die aus einer Superposition von Photonen und Exzitonen be-stehen und in Halbleiterebenen innerhalb eines optischen Hohlraums erzeugt werden können.In dieser Masterarbeit wird ein System aus mehreren Halbleiterebenen untersucht, die über eineeinzelne photonische Hohlraummode miteinander wechselwirken. Durch eine impulsabhängigekomplexe Phase in der Kopplung zwischen den Exzitonen und dem Lichtfeld erhält das Systemnicht-triviale topologische Eigenschaften. Insbesondere entstehen chirale Randmoden, die durchoptisches Pumpen in der Nähe des Probenrandes angeregt werden können. Wir simulieren dieDynamik dieses getriebenen Systems im Rahmen der semiklassischen Näherung mithilfe einerdissipativen Gross-Pitaevskii-Gleichung. Dies erlaubt die Untersuchung des topologisch geschütz-ten chiralen Transports entlang des Randes einer endlichen Probe. Weiterhin betrachten wir dieDynamik der topologischen Polaritonen in einem Gittermodel, mit dessen Hilfe wir zeitabhängigeSpektraldichten berechnen und damit die selektive Anregung der Randmoden zeigen können.Diese Ergebnisse legen die Grundlage für die weitere Untersuchung von optischer Kontrolle undVielteilcheneffekten in Polaritonsystemen.