纳米机械振动诱导的量子和非线性光学效应研究

本项目主要研究纳米机械振子与量子点(或玻色-爱因斯坦凝聚体、超导库柏对盒、光学微腔、SQUID环等)耦合系统中由于纳米机械振动诱导的量子和非线性光学效应。在纳米机械振子-量子点耦合系统中，机械振动可以诱导类似于相干布居数振荡(CPO)的效应，我们称之为"机械振动诱导布居数振荡"(简称MICPO),由于该系统纳米机械振子的相干振动寿命特别长(约微秒量级)，既使耦合很弱，该效应也特别明显，它可用于精确测量纳米机械振子的振动频率和耦合强度以及设计新型纳米电子器件等。类比于三能级系统的电磁诱导透明(EIT)效应和两能级系统的相干布居数振荡(CPO)效应，我们预言该耦合系统可以有类似的超慢(快)光效应、光存储效应、巨克尔效应、负折射率效应以及其它非耦合系统所没有的奇异量子和非线性光学效应，这正是本项目所要系统研究的。我们希望通过本项目的研究，为未来实现基于该耦合系统的新型量子器件提供可靠的物理基础。

我们已完成本计划的所有要点并达到或超越了预期研究结果，并根据国内外研究发展状况，我们还研究了其它光机耦合系统的量子和非线性光学效应等。（1）我们首先研究了纳米机械振子-量子点耦合系统中由于机械振动诱导布居数振荡效应(MICPO)导致的超慢和超快光等效应。（2）我们其次研究了纳米机械振子-量子点耦合系统中由于机械振动诱导布居数振荡效应(MICPO)导致的巨非线性光学效应。（3）进一步，我们还研究了基于纳米机械振子和量子点耦合系统由于机械振动诱导布居数振荡效应导致的光信息存储效应等。（4）根据国际科学发展趋势，我们增加和调整了一些有重要科学意义的研究题目，如基于纳米机械振子和表面等离子体耦合系统的全光纳米机械质谱仪以及量子点-DNA耦合系统的非线性光学效应等。在国际知名学术期刊共发表SCI论文37篇，其中Nanotechnology两篇,Appl. Phys. Lett.一篇，Optics Letter两篇, Physical Review B两篇,Physical Review A 三篇，Optics Express两篇，New.J.Phys.一篇，Quantum Information and Computation两篇,Europhys. Lett.两篇, J.Appl.Phys.三篇，J.Opt.Soc.Am.B五篇，Scientific Reports一篇等。特别地，2011年6月24日，美国物理学会（APS）的新闻中心 Physical Review Focus 报道了我们在Physical Review B上一项研究工作，题为“Plasmon-assisted mass sensing in a hybrid nanocrystal coupled to a nanomechanical resonator”(Physical Review B 83, 245421（2011）)。他们以“Weighing DNA Down to the Zeptogram”为新闻标题，指出该研究工作将带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。与此同时，我们培养了四名博士和两名硕士。参加了5个国际会议并作邀请报告。