报告题目：微纳结构中光与物质相互作用调控研究
报 告 人：王雪华，中山大学物理学院
报告时间：2019-01-03 16:00
报告地点：理科楼郑裕彤讲堂
报告摘要：微纳结构中光子与量子辐射子（如原子、分子、激子）的相互作用不仅是微纳量子光学中的一个基本问题，而且在量子器件、量子计算与量子通讯等方面有着巨大的应用价值，因而一直是国际学术前沿与热点研究领域之一。光子与量子辐射子的相互作用可分为弱相互作用和强相互作用。在弱相互作用区，量子光自发辐射的有效控制是实现高品质按需量子光源即单光子源和纠缠光子源的关键，而量子光源对量子通信具有不可或缺的重要性。在这个报告中，我将介绍为实现高品质按需量子光源，我们经过近六年的努力所发展的三个实验技术：厚度薄至百纳米的含量子点薄膜的转移技术，精度在10纳米左右的量子点光学定位技术以及高品质纳米结构制备技术。通过理论设计，我们提出一种基于全反射与牛眼结构相结合的高效宽带微纳射灯结构的量子光源，并通过上述实验技术制备出目前国际上带宽最宽、亮度最高的量子点单光子源，以及综合性能指标最优的纠缠光子源。
微纳结构中光子与量子辐射子强相互作用是实现固态量子芯片和量子计算的有效途径之一，因为在强耦合相互作用区，不仅可以调控电子的量子态性质，还可调控光子的量子态性质。在极低温和高真空的极端条件下，科学家们已在各种固态光学微腔中实现了单激子与单光子的强耦合作用以及量子态调控。但在常温常压下实现单激子与光子的强耦合相互作用却一直是个巨大的挑战，且无论是低温还是常温下固态系统中的强耦合相互作用一直是一个概率性事件。
经过五年的努力，我们首先在常温常压下实现了1.38个激子（统计平均意义上的激子数）与单个纳米颗粒表面等离激元的强耦合相互作用 ，是目前为止该研究领域国际上的最好研究记录。之后，我们理论上发现由球型金属纳米颗粒组成的二聚体表面等离激元纳腔，当球的直径与腔长之比大于50时，纳腔中会出现高度局域的均匀场。实验上，我们通过只能装载一个发光分子的葫芦分子笼连接二个金属纳米颗粒形成了腔长少于1纳米、且包含有单分子激子的这种表面等离激元纳腔，在常温下实现了单激子（而非统计意义的单激子）与表面等离激元的强耦合相互作用，并使固态系统中的强耦合相互作用变成了确定性事件。
