Dipol dışı yaklaşım altında p-orbital eksitonlar ve mikro boşluklar arasındaki güçlü eşleşme çalışmasında ilerleme
Işık ve maddenin tutarlı etkileşimi, kuantum optik ağının temel parçasıdır. Fotonik kristal mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sistemi, küçük zayıflama, küçük mod hacmi ve yonga üzerinde entegrasyon özelliklerine sahiptir, bu nedenle katı hal kuantum optik ağları için ideal bir platform sağlar. Bu sistem üzerine yapılan güncel araştırma, esas olarak kuantum noktalarının s-kabuğu durumuna odaklanmaktadır. S-kabuk durumunun dalga fonksiyonu dağılımı küçük olduğundan, sistem dipol yaklaşımı ile açıklanabilir. Ancak bu, mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sisteminde küçük bir bağlantı kuvvetine yol açar. Aynı zamanda, katı hal sistemlerin özelliklerinden dolayı, fotonik kristal mikro boşluğunun mod alan dağılımının ayarlanması zordur. Elektromanyetik alan, kuantum noktalarının dalga fonksiyonunu etkileyebilse de, s-kabuğu durumunun daha küçük dalga fonksiyonu dağılımı, ayarlama etkisini önemsiz hale getirir. Bu nedenle, mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sistemindeki birleştirme kuvvetinin kazanımı ve verimli kontrolünün nasıl sağlanacağı, ışık ve madde ve kuantum optik ağların etkileşiminin derinlemesine incelenmesi için çok önemlidir.
Yakın zamanda, Xu Xiulai'nin Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi'nden araştırma grubu, Nanofizik ve Cihazların Temel Laboratuvarı'nda araştırmacı olan Gu Changzhi ve Anahtar Fotofizik Laboratuvarı'nda araştırmacı olan Jin Kuijuan ile geçmiş ilgili çalışmaları özetlemek için işbirliği yaptı. Buna dayanarak, bir mikro boşluk-p-kabuk kuantum nokta birleştirme sistemi önerildi ve gerçekleştirildi. Aynı zamanda, teorik ve deneysel olarak sistemin çift kutuplu olmayan bir yaklaşımda olduğunu doğruladılar, böylece ilk kez bir mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sisteminin kazancını elde ettiler. Elde edilen 210eV'lik birleştirme kuvveti, mevcut mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sistemindeki en büyük değerdir. Makale en son "Physical Review Letters" (Fiziksel İnceleme Mektupları) 'nda yayınlandı, Qian Chenjiang, makalenin ilk yazarı.
Mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sistemini çift kutuplu olmayan yaklaşım altında gerçekleştirmek için, araştırmacılar düşük nokta yoğunluğu ve büyük boyutlu bir grup kuantum nokta örneği geliştirdiler. Aynı zamanda yüksek hassasiyetli bir mikro işleme süreciyle yüksek kalite faktörlü bir L3 fotonik kristal mikro boşluk hazırlanır ve Q değeri 10.000'e ulaşabilir. Spektral bir bakış açısından, bu kuantum noktaları bir temel duruma (s-kabuğu) ve en az iki uyarılmış duruma (p-kabuğu ve d-kabuğu) sahiptir. Uyarılmış durumun büyük dalga fonksiyonu genişlemesi nedeniyle, p-kabuğunun diyamanyetik direnci, Şekil 1'de gösterildiği gibi, s-kabuğununkinden çok daha büyüktür. Bunlar arasında, p-kabuk, dikey bir manyetik alan altında diyamanyetik ters davranışa sahip olan bazı özel eksiton durumlarını da içerir ve bu, bu eksiton durumlarının dalga fonksiyonunun önemli bir kısmının sızma katmanına uzandığını gösterir. Bu özel eksiton durumlarında, araştırmacılar dipol olmayan yaklaşım altında eşleştirme kazancını gözlemlediler. Şekil 2 (a), zayıf bağlantı altındaki sonucu göstermektedir. Mikro boşluk ile nokta arasındaki zayıf bağlantının etkisi altında, eksiton durumunun radyasyonu Purcell kazancını üretir ve kazanç katsayısı, kavite filminin bağlantı kuvveti ve detuningi tarafından belirlenir. Araştırmacılar, deneysel verilerden eşleşme kuvvetini çıkardılar ve Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi, küçük bir manyetik alan altındaki manyetik alanla bağlantı kuvvetinin arttığını buldular. Ek olarak, araştırmacılar, Şekil 3'te gösterildiği gibi, güçlü birleştirme altındaki sonuçları da gözlemlediler. Güçlü kuplaj altında, kuplaj kuvveti, Rabi ayrımı takılarak elde edilir ve manyetik alanla değişimi temelde zayıf kuplaj altındaki sonuçla tutarlıdır. Spesifik mekanizma Şekil 4'te gösterilmektedir. Mikro boşluktaki düzensiz alan dağılımı nedeniyle, kuantum noktanın dalga fonksiyonu manyetik alanla birlikte küçüldüğünde, dalga fonksiyonunun bulunduğu yerdeki elektrik alanı artacaktır. Bu nedenle, ilk dalga fonksiyonu genişlemesi yeterince büyük olduğunda, sistemin kuplaj kuvveti, geçmiş çalışmadaki dipol yaklaşımı altında olduğu gibi manyetik alan ile monoton bir şekilde azalmayacaktır. Ancak küçük bir manyetik alan altında, sistemin bağlantı gücü kazanılacaktır. Deneysel ve teorik sonuçlardan teorik öngörü, zayıf eşleşme ve güçlü eşleşme verilerinin tutarlı olduğu görülmektedir. Bu çalışma, mikro boşluk-kuantum nokta birleştirme sistemini temel durumdan yüksek enerjili duruma iter ve ilk kez kuplaj gücünün kazanımı ve yüksek verimli kontrolünü gerçekleştirir ve kontrol edilebilir kuantum optiklerini gerçekleştirmek için önemli olan sistemdeki düşük kuplaj kuvveti ve zor kontrol sorununu çözer. Ağ ve kuantum hesaplama çok önemlidir.
Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2016YFA0200400), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (11721404, 51761145104, 61675228, 61390503), Çin Bilimler Akademisi Sınıf B pilot projesi (XDB07000000, XDB28000000), Çin Bilimler Akademisi, Çin Bilimler Akademisi Frontier Bilim Anahtar Araştırma Projesi (QYZ042) ve Çin Bilimler Akademisi Frontier Bilim Anahtar Araştırma Projesi (QYZ042) tarafından desteklenmiştir. Araştırma ve geliştirme projeleri (YJKYYQ20180036) ve Çin Bilimler Akademisi'nin yenilikçi ekipler arası projeleri için destek.
Şekil 1 (a) Dikey bir manyetik alan altındaki s-kabuğunun manyeto-optik spektrumu. Güçlü bir bağlantı süreci içerir. (b) Yatay ve dikey manyetik alanlar altında p-kabuğunun manyeto-optik spektrumları. Bu zirvelerden bazıları, yatay manyetik alan altında değişmeyen, ancak dikey manyetik alan altında pozitif diyamanyetik gösteren 'de gösterildiği gibidir. ve 'de gösterildiği gibi diğer özel tepeler, yatay bir manyetik alan altında gözlemlenebilir ve dikey bir manyetik alan altında bir diyamanyetik tersine dönüş gösterir.
Şekil 2 (a) Dikey bir manyetik alan altında p-kabuk eksiton durumunun diyamanyetik tersine çevrilmesi. (b) Deneysel olarak ölçülen p-kabuk eksiton durum yoğunluğuna ve boşluk membranı ile uyumlaştırmaya göre, hesaplanan birleştirme yoğunluğu manyetik alanla değişir.
Şekil 3 (a) 3-5T dikey manyetik alan (yukarıda) altında spektrumun sıcaklıkla değişimi ve güçlü bağlantı (aşağıda) altında çapraz geçişin uydurulması. (b) 4.2K'da diyamanyetik ters çevirme. (c) Bağlanma kuvveti manyetik alanla değişir. Siyah noktalar, güçlü bir şekilde bağlı verilerdir ve gri çizgiler, Şekil 2'deki zayıf şekilde bağlanmış verilerdir.
Şekil 4 (Sol) L3 fotonik kristal mikro boşluğunun yapı diyagramı ve mod alanı dağılım diyagramı. (Orta) Manyetik alanla küçülen kuantum nokta dalga fonksiyonunun şematik diyagramı. (Sağ) Bağlanma gücü manyetik alana göre değişir. Noktalar güçlü birleştirme verileridir, kırmızı çizgi, Şekil 2'deki zayıf eşleme altındaki verilerdir ve mavi çizgi, çift kutuplu yaklaşım teorisinin tahminidir.
Kaynak: Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
