通讯作者：张顺平，武汉大学
作者： 杜荣光 (Rongguang Du), 胡华天 (Huatian Hu), 付统 (Tong Fu), 史志峰 (Zhifeng Shi), 张顺平(Shunping Zhang), 徐红星 (Hongxing Xu)
背景介绍
量子辐射体与光学腔的耦合强度是腔量子电动力学的基本物理量。近年来，研究者们利用亚波长的等离激元纳腔在腔量子电动力学系统的小型化方面取得许多重要进展，有望实现室温下片上集成的量子光学元器件。大多数情况下，研究者利用暗场散射光谱表征这种亚波长耦合体系的性质，得到拉比劈裂等重要参数。然而，由于纳腔和辐射体处于同一个衍射极限以下的狭小空间内，人们根本无法从空间或动量空间等维度上区分耦合体系的吸收（或散射）光子是通过纳腔还是通过量子辐射体的通道完成的。例如，从耦合体系辐射出来一个光子，暗场散射光谱根本无法判断该光子是来自纳腔的泄漏（即等离激元的辐射）还是量子辐射体的自发辐射。由腔量子电动力学知识可知，从这两个通道探测到的光谱通常表现出不同光谱特征（如图1），例如拥有不同的拉比劈裂。由于等离激元纳腔的辐射速率往往比量子辐射体大得多，因此暗场散射光谱主要反映了从纳腔泄漏通道的光谱，所获得的（光谱）拉比劈裂比量子辐射体通道的拉比劈裂大，也比通常意义下的拉比劈裂（即量子辐射体的能级劈裂）要大。可见，传统测量方式并不能正确获取纳米尺度光与物质相互作用强度，这为纳米尺度量子光学器件的设计与应用方向的发展设置了障碍。
图1. (a) 耦合系统中的等离激元和激子相互作用示意图。(b) 等离激元通道和激子通道的光谱响应。
文章亮点
图2. 通过联合散射和吸收测量提取的激子 (a) 和等离激元 (b) 通道的光谱响应。左列是耦合模理论拟合的实验结果，右列为独立的电磁模拟计算的结果。
结果表明，当等离激元和激子处于中等强耦合区域时，从等离激元或激子通道观测到的光谱劈裂截然不同：等离激元通道观察到明显的劈裂，而此时激子通道几乎保持洛伦兹线型，没有出现劈裂，如图2所示。同时，由于这两个通道在散射光谱和吸收光谱中的占比不同，导致了通过不同的测量方法观测到的光谱劈裂不同，这也是许多文献报道中拉比劈裂的观测值偏高的主要原因之一。
总结/展望
研究团队基于典型的光与物质相互作用体系，通过散射和吸收的联合测量，提取了等离激元和激子通道的光谱劈裂及耦合强度。本研究有助于深入理解开放腔中的光-物质相互作用过程，有助于发展量子光学小型化器件和超快非线性纳米光子学。
相关论文发表在Nano Letters上，武汉大学博士研究生杜荣光为文章的第一作者， 张顺平教授为通讯作者。
通讯作者信息：
张顺平 武汉大学
张顺平，武汉大学物理科学与技术学院教授，博士生导师。2008年本科毕业于中山大学，2013年在中国科学院物理研究所获博士学位，2013年至今在武汉大学物理科学与技术学院历任重点博士后、副研究员/副教授、教授，2020年入选国家青年人才计划项目，兼职Frontier of Physics期刊青年编委。发表学术论文70余篇，在Web of Science被引4000余次。主持国家自然科学基金重点项目、湖北省重点研发项目等。主要研究成果包括：（1）发展单个纳腔光谱量化测量技术，实现原子级尺度上量子极限电磁场增强倍数、飞秒超快寿命的定量测量，实现纳腔中光与物质相互作用从弱耦合、中等强度到强耦合的调控；（2）揭示对称性破缺诱导Fano共振是提高折射率传感灵敏度的普适机理（该工作SCI引用近600次），实现纳腔中亚皮米精度的厚度变化传感；（3）提出手性表面等离极化激元（chiral surface plasmon polaritons）的概念，实现手性拉曼信号的定向分发。
主页链接：http://jszy.whu.edu.cn/zhangshunping/zh_CN/index/423465/list/index.htm
文章出版信息：
Nano Lett. 2023, ASAP
Publication Date: January 3, 2023
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03385
Copyright © 2023 American Chemical Society
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理，所有来稿文责自负，两江仅作分享平台。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。
