中大新聞網(wǎng)訊（通訊員劉進(jìn)）中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王雪華、劉進(jìn)教授研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了超快脈沖激光驅(qū)動(dòng)下的固態(tài)二能級(jí)輻射子動(dòng)態(tài)共振熒光光譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和按需調(diào)控。為超快脈沖作用下輻射子的超快時(shí)域振蕩提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，為進(jìn)一步理解光與物質(zhì)相互作用機(jī)理提供了新的思路，為提升量子光源的性能、構(gòu)建新型光量子態(tài)以及實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的超快操控開辟了新的途徑。
二能級(jí)輻射子的共振熒光是量子光學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)研究中的重要課題，在現(xiàn)代光量子信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中扮演著關(guān)鍵的角色。經(jīng)過(guò)國(guó)際國(guó)內(nèi)持續(xù)多年的研究，人們對(duì)二能級(jí)輻射子在連續(xù)激光驅(qū)動(dòng)下共振熒光的光子統(tǒng)計(jì)特性與光譜形成機(jī)制已經(jīng)有了比較清晰的認(rèn)識(shí)。而當(dāng)引入超快脈沖激光時(shí)，由于光與輻射子超短時(shí)間尺度下的相干相互作用，共振熒光呈現(xiàn)出與連續(xù)激光驅(qū)動(dòng)相比截然不同的特性。迄今為此，超快脈沖共振熒光的動(dòng)態(tài)光譜與時(shí)域演化過(guò)程尚未在任何二能級(jí)輻射子體系中得到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。
該團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)超快脈沖作用下光場(chǎng)與二能級(jí)輻射子如何動(dòng)態(tài)相互作用這一懸而未決的國(guó)際前沿問(wèn)題，首次基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)與微柱腔的耦合實(shí)現(xiàn)了超快脈沖激光驅(qū)動(dòng)下二能級(jí)輻射子動(dòng)態(tài)共振熒光光譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并觀測(cè)到了邊帶非對(duì)稱性，邊帶時(shí)序性等新穎量子效應(yīng)。這項(xiàng)研究對(duì)進(jìn)一步提升量子光源性能、構(gòu)建光子數(shù)疊加態(tài)、光子數(shù)糾纏態(tài)等新型光量子態(tài)以及實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的超快操控具有重要意義。
圖1. 動(dòng)態(tài)共振熒光的光譜邊帶非對(duì)稱性和時(shí)序性
相關(guān)研究成果以“Dynamic resonance fluorescence in solid-state cavity quantum electrodynamics”為題于2024年1月10日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Photonics上。中山大學(xué)為該成果的第一署名單位，中山大學(xué)博士后劉順發(fā)為論文第一作者，斯坦福大學(xué)Chris Gustin和中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所博士研究生劉汗青為論文的共同第一作者。中山大學(xué)王雪華教授和劉進(jìn)教授為論文共同通訊作者。中山大學(xué)喻穎副教授、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所倪海橋研究員與牛智川研究員在量子點(diǎn)生長(zhǎng)方面提供了重要支持，加拿大女王大學(xué)的Stephen Hughes教授在理論方面做出了重要貢獻(xiàn)，中山大學(xué)博士研究生李學(xué)詩(shī)對(duì)本工作的實(shí)驗(yàn)部分亦有貢獻(xiàn)。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等的大力支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01359-x
