《量子化的表面等離激元與相干原子系綜的相互作用研究》是依託北京大學，由古英擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：量子化的表面等離激元與相干原子系綜的相互作用研究
- 項目負責人：古英
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高效的耦合是單量子態產生的重要因素，表面等離激元是限制性好的、非輻射的電磁波，可以實現量子的表面等離激元和單光子間的強耦合，有望克服光子間相互作用弱、實現量子操控困難的弱點。通過將光場壓縮在納米尺度，允許在納米尺度上研究表面等離激元誘導的各向異性真空中光與物質相互作用。本項目將要研究量子化的表面等離激元及其與表面等離激元誘導的各向異性真空中原子系綜的量子相干性質。主要內容包括：表面等離激元誘導的各向異性真空中偶極子弛豫係數以及量子相干性質的納米尺度上的調控；表面等離激元誘導的各向異性真空中電磁感應透明、慢光速、量子開關和量子非線性效應；量子化的表面等離激元在自發輻射、量子存儲、糾纏等方面的套用。一方面希望得到新奇的量子光學效應，另一方面研究單量子態間的相互作用以及在信息科學中的套用。
結題摘要
表面等離激元具有超小的模式體積和很強的近場增益，可以用來實現納米尺度上的光與物質相互作用。將表面等離激元與量子體系結合，為我們在納米尺度實現量子光學現象提供了可能性。我們在表面等離激元和量子體系的弱耦合和中等強度耦合方面完成了三個系列的工作，文章發表在Nano Lett., Sci.Rep., Phys. Rev.B, Appl. Phys. Lett., Plasmonics和《中國科學》等相關期刊,共完成9篇SCI論文和一篇核心期刊綜述，在國際國內會議上數10次做邀請報告，並和國內外知名學者多次互訪和交流合作，圓滿完成課題任務。三個系列工作如下： 1. 表面等離激元誘導的各向異性珀塞爾係數下的量子相干性質及其單光子發射。 預言了表面等離激元誘導的亞波長尺度各向異性珀塞爾係數下的自發輻射譜線的變窄、原子布居數的內稟量子拍頻以及在表面等離激元結構中納米尺度的實現；用精心設計的共振表面等離激元納腔，發現了在納米尺度上偏振、線寬可控、雙囚禁的電磁感應透明譜；研究了在納米金屬結構附近銫原子D1線的克爾非線性增強。聯合體系將會在有源、超緊湊的納米器件和量子邏輯器件中有一定的套用。 另外，結合間隙表面等離激元中超高光子自發輻射速率和低損耗的納米光纖中的高效傳導，提出了在金屬納米棒-納米膜與介質光纖結合的結構中實現有效的單光子發射與納米尺度的方向性傳導，對於基於金屬的腔量子電動力學，晶片上的亮單光子源和表面等離激元納米雷射器都有重要影響。 2.中等耦合強度下雜化的表面等離激元-量子體系的量子相干性質 表面等離激元的近場效應能夠使得光和量子體系在深亞波長尺度內產生強的、非線性的相互作用。在量子點-金屬納米顆粒雜化體系中發現了暗表面等離激元誘導的無布居數反轉增益，表面等離激元輔助的量子相干效應裁剪Fano線型，利用表面等離激元多模腔相干調控體系散射光的統計性質。雜化體系在超緊湊可調量子點雷射以及量子邏輯門方面有潛在的套用。 3.表面等離激元波導研究 發現了各項異性介質中表面等離激元的模式重組和交換以及準傳播模式，介質的各向異性對表面等離激元模式的影響，柱狀表面等離激元波導中的準傳播模式和徑向振盪激元模式，以及低損耗的長程雜化表面等離激元模式。設計了基於準傳播表面等離激元的位置可變的寬頻納米尺寸路由器,以及基於徑向振盪表面等離激元的納米雷射器。
