声子-等离激元-量子辐射体复合系统的暂态动力学研究

Due to the potential applications in ultracompact quantum devices, the plasmon-quantum emitter (QE) hybrid system have drawn much attention in recent years. The current theoretical research mainly focuses on the steady-state optical properties of the composite system driven by a continuous light. However, its transient dynamics under intense pulsed excitation is not clear. This project aims to introduce a new element, i.e., the phonon, to the plasmon-quantum emitter hybrid system, as the acoustic vibration of the plasmon structure will be excited under strong pulse excitation. Then the transient dynamics of the phonon-plasmon-QE hybrid system will be focused on in this project. As for the theoretical description of acoustic vibration, different from the traditional continuum mechanics model and two-temperature model, quantum-optical method will be used to construct a full quantum model of the composite system including phonons. Based on this model, we will also explore the effect of phonon on the quantum optical properties of the composite system from the perspective of transient dynamics, and investigate its potential applications in coherent phonon sources and photon statistics regulation. These studies will promote a deeper understanding of the ultrafast dynamics of the composite system and provide theoretical basis for its application in future quantum technology.

由于在超紧凑量子器件方面的潜在应用，等离激元-量子辐射体复合体系近年来引起了人们的广泛关注。当前的理论研究主要关注该复合系统在连续光驱动下的稳态光学性质，而它在强脉冲激发下的暂态动力学尚不清楚。本项目拟采用强泵浦脉冲激发等离激元结构的声学振动，将声子引入等离激元-量子体系复合系统，进而对声子-等离激元-量子辐射体复合系统的暂态动力学展开理论研究。在声学振动的理论描述上，区别于传统的连续介质力学模型和双温度模型，我们拟采用量子光学方法，以期构建出包含声子在内的复合系统的全量子模型。基于这个模型我们还将从暂态动力学的角度探索声子对复合系统量子光学性质的调控作用，并考察其在相干声子源、光子统计调控等方面的潜在应用。这些研究将促进人们对该复合系统超快动力学更深刻的认识，并且为它在未来量子技术中的应用提供理论依据。

作为一种超紧凑量子器件方面的潜在实现平台，等离激元-量子辐射体复合体系近年来引起了人们的广泛关注。虽然已有大量理论和实验研究涉及其稳态光学性质，但是该复合系统的超快暂态动力学还有待研究。本项目将声子引入等离激元-量子体系复合系统，对声子-等离激元-量子辐射体复合系统的暂态动力学展开理论研究。..我们建立了研究有机分子与金属纳米颗粒复合体系的理论模型，该模型计入了所有的分子振动模式和金属纳米颗粒的电磁模式，以及声子、电子跃迁和等离激元之间的耦合。基于张量网络方法，我们对该模型进行了数值求解，得到了不同参数下分子自发辐射动力学和自发辐射光谱。我们将此模型与一些常见的近似模型——二能级近似、单振动模式近似和费米黄金定则进行了对比。结果表明，这些近似模型都不能准确描述有机分子的超快自发辐射动力学和自发辐射光谱。我们指出了这些近似模型成立的条件。此外，我们还分析了有机分子的淬灭效应，分析了使有机分子发光的量子效率最大化的方法。..这些研究将促进人们对该复合系统超快动力学更深刻的认识。特别地，我们揭示出了声子在有机分子超快的自发辐射动力学中扮演的角色。这个结果可为优化有机分子发光提供一些有益的思路。