人工微结构中宏观量子效应的研究

This proposal studies theoretically and experimentally the macroscopic quantum effects in artificial microstructures and micro-cavities. We will first establish a theoretical model for the interaction between photons and surface plasmonics of the mate-materials. Then study how to control the interaction by designing the structure of the mate-materials and the dynamics of the interaction both theoretically and experimentally. The research will be focused on the macroscopic effect of the quantum interaction, and the deep understanding of the physics for various quantum phenomenon related to the mate-materials. Through the study, we will understand how the surface plasmonics influence the quantum interference, the electromagnetically induced transparency, vacuum Rabi splitting, and Casimir effects. The carrying on of this proposal needs strong knowledge on quantum electrodynamics, quantum optics and material science. The output of this research has important scientific understanding for the physics, but also has the potential application in quantum device designing.

申请项目计划围绕人工微结构材料及其微腔环境中的宏观量子效应展开系统的理论与实验研究。通过建立描述特异材料表面等离激元与光子相互作用的全量子化理论方法，研究特异材料表面微结构对表面等离激元与光子相互作用的控制规律，加深对特异材料中相关量子现象物理机制的认识；通过设计合适的特异材料表面微结构及微腔，研究等离激元与光子的相互作用对原子（类原子）动力学特性的控制，揭示表面等离激元对一些宏观量子效应以及量子光学过程的影响，主要包括量子干涉、电磁自感透明、真空拉比劈裂、卡西米尔效应等。项目研究内容涉及腔量子电动力学、量子光学、材料物理等学科，具有显著的多学科交叉的特点。本项目研究成果不仅有重要的科学意义，而且对特异材料的应用与相关器件的研制具有广泛的指导意义。

申请项目计划围绕人工微结构材料及其微腔环境中的宏观量子效应展开系统的理论与实验研究。通过建立描述特异材料表面等离激元与光子相互作用的全量子化理论方法，研究特异材料表面微结构对表面等离激元与光子相互作用的控制规律，加深对特异材料中相关量子现象物理机制的认识；通过设计合适的特异材料表面微结构及微腔，研究等离激元与光子的相互作用对原子（类原子）动力学特性的控制，揭示表面等离激元对一些宏观量子效应以及量子光学过程的影响，主要包括量子干涉、电磁自感透明、真空拉比劈裂、卡西米尔效应等。项目研究内容涉及腔量子电动力学、量子光学、材料物理等学科，具有显著的多学科交叉的特点。项目取得的主要研究成果包括：.1.超辐射晶格中的拓扑相变.研究了由电磁自感透明(EIT)中含时Dick态(TDS)构成的二维动量空间超辐射晶格的拓扑相，为拓扑量子光学和新的光电器件提供了基础。.2.通过低频光控制的高频光反射.证明了具有一阶或二阶磁低频光产生的原子相干性可以使其他光的动量倒置，利用85Rb原子和Be2+离子设计实验，有望在光控X射线反射镜上得到应用。.3.电磁感应透明三能级系统中去相位损耗对量子干涉性质的调控研究.从EIT的缀饰态描述出发，理论和人造原子微波实验两个方面指出透明窗口频率处的干涉特性，完全被损耗参数所调控，而并不依懒于控制光强度。 .4. 利用特异材料微结构微腔设计单光子的产生方案。.将激发态原子放置于一个由左手性材料和零折射特异材料构成特殊的F-P腔中，设计获取单光子源的方案。