【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所董紅星研究員和華東師范大學(xué)徐紅星教授、謝微教授的合作團(tuán)隊在量子點(diǎn)超晶格體系中開發(fā)了一種新方法，通過主動在合作激子的超熒光量子態(tài)上施加可控擾動，研究其非經(jīng)典反饋響應(yīng)，以此探索宏觀偶極輻射相位的抗干擾能力。相關(guān)工作以“Perturbation-driven echo-like superfluorescence in perovskite superlattices”為題發(fā)表在Advanced Photonics上。
 

　　當(dāng)多個粒子或者準(zhǔn)粒子被限制在輻射光半波長范圍內(nèi)時，處于激發(fā)態(tài)的高密度偶極振子氣體通過交換虛光子建立關(guān)聯(lián)并形成宏觀偶極輻射相位，從而誘導(dǎo)集體輻射，即超熒光。其典型特征是輻射的熒光瞬時功率與合作粒子數(shù)平方成正比，輻射持續(xù)時間則與合作粒子數(shù)成反比。盡管偶極振子系綜的集體輻射效應(yīng)已在多種系統(tǒng)中實現(xiàn)，但合作偶極振子系綜對外界擾動的響應(yīng)性質(zhì)至今仍無報導(dǎo)。探索宏觀量子態(tài)對擾動的反饋響應(yīng)是一種研究量子關(guān)聯(lián)和協(xié)同合作特征的重要方法。相應(yīng)的研究對于深入探索粒子多體關(guān)聯(lián)機(jī)制以及調(diào)控集體合作行為具有重大意義。例如，在玻色-愛因斯坦凝聚系統(tǒng)中，缺陷可以誘導(dǎo)出量子渦旋；在超流系統(tǒng)中，超流體可以“繞開雜質(zhì)”幾乎無散射損耗的流動。但以往關(guān)于超熒光偶極振子體系的研究主要側(cè)重于研究宏觀偶極輻射相位自身的演化特性，合作偶極振子對外界擾動的反饋機(jī)制和響應(yīng)特征有待探究和揭示。
 

　　研究團(tuán)隊基于高密度量子點(diǎn)系綜的合作輻射，通過光學(xué)激發(fā)手段向系統(tǒng)中注入額外的熱偶極振子，從而實現(xiàn)對原有體系合作偶極振子的可控擾動。利用超快時間分辨顯微光譜技術(shù)對擾動結(jié)果的實時探測，研究發(fā)現(xiàn)，新加入的熱偶極振子引發(fā)的虛光場會先破壞原有的虛光子交換進(jìn)程，然后在體系中重新建立新的統(tǒng)一的虛光場，從而同步所有輻射偶極振子的躍遷狀態(tài)，形成宏觀偶極輻射相位。這種破壞-重建的過程很短(~10 ps)。此外，研究團(tuán)隊還探討了此擾動響應(yīng)的溫度依賴性：當(dāng)溫度升高至100K以上，由于偶極振子之間的相互關(guān)聯(lián)性減弱，類似的擾動效果也相應(yīng)減弱或消失，這可作為判斷系統(tǒng)是否進(jìn)入合作輻射相區(qū)間的重要判據(jù)之一。由于激發(fā)光場的直接調(diào)控具有多參量精細(xì)調(diào)節(jié)、非接觸、非結(jié)構(gòu)破壞等優(yōu)點(diǎn)，將此方法應(yīng)用于多體輻射系綜宏觀偶極輻射相位的擾動反饋和抗干擾研究，可以深入理解偶極振子合作的物理機(jī)理，更全面地揭示集體合作態(tài)的量子關(guān)聯(lián)特性。這項研究為我們理解和控制量子系統(tǒng)提供了新的視角和工具，并有望進(jìn)一步推動輻射偶極振子的超快調(diào)控以及相關(guān)光學(xué)元器件的開發(fā)。
 

　　該工作得到了國家自然科學(xué)基金，上海市青年拔尖人才計劃等項目的支持。
 

　　圖1 合作激子在外界擾動下的熒光輻射動力學(xué)實驗數(shù)據(jù)。在不同時刻引入相同擾動，系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的反饋效果。下圖為物理機(jī)理圖像，擾動破壞原有的虛光場，并重新建立新的虛光場和全局輻射相位。