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光和超薄砷化镓物质在空腔内发生强耦合作用

时间:2018-08-22  已阅读过:次

金属镓

  据美国科学网消息构造出一个高质量空腔来容纳一层超薄砷化镓,并通过一个磁场调谐砷化镓,使其同腔内特定状态的光发生共振,光和物质耦合在一起,形成了偏振子(Polariton),这些偏振子像一个整体那样行动。研究人员表示,这是他们迄今观察到的最强的光—物质耦合现象之一,有望促进量子计算机和通信技术的发展。

砷化镓由美国桑迪亚国家实验室科学家采用分子束外延方法合成。带领该研究的英国莱斯大学的小泉科诺(音译)说:“光和物质之间的耦合作用如此强烈,使光和物质混合成介于两者之间的物质——偏振子。二者的相互作用也会出现光—物质纠缠,这一点对量子应用很重要。”

科学家们使用所谓的真空拉比分裂来测量光—物质耦合的强度。研究人员李欣伟(音译)称:“在以前的空腔实验中,99%的光—物质耦合强度与所用光子能相比,几乎可忽略不计。最新实验中这个值为光子能的1/10,表明我们进入了所谓的超强耦合领域。这一点至关重要,因为如果最终真空拉比分裂比光子能大,物质会进入一种新基态,这意味着我们能采用这一方法,诱导一种相变(物质状态间的变化,比如从冰到水再到水蒸气),这对凝聚态物理学非常重要。”

进入腔内的太赫兹光很少,光—物质耦合依靠的是真空涨落。从量子学角度而言,真空里并不是什么都没有,而是充满了不断涨落的光子,它们拥有所谓的零点能,正是这些真空光子同腔内的电子发生了共振。这属于腔量子电动力学(QED)领域:腔增强了光,腔内物质能与真空场共振。固态QED的独特之处在于,光会同大量电子相互作用,这些电子就像单个大原子。另外,为了提升QED的功效,光—物质耦合越强越好。

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