【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所董紅星研究員和華東師范大學徐紅星教授、謝微教授的合作團隊在量子點超晶格體系中開發(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，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。
 

　　當多個粒子或者準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性質(zhì)至今仍無報導。探索宏觀量子態(tài)對擾動的反饋響應是一種研究量子關(guān)聯(lián)和協(xié)同合作特征的重要方法。相應的研究對于深入探索粒子多體關(guān)聯(lián)機制以及調(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制和響應特征有待探究和揭示。
 

　　研究團隊基于高密度量子點系綜的合作輻射，通過光學激發(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，研究團隊還探討了此擾動響應的溫度依賴性：當溫度升高至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減弱或消失，這可作為判斷系統(tǒng)是否進入合作輻射相區(qū)間的重要判據(jù)之一。由于激發(fā)光場的直接調(diào)控具有多參量精細調(diào)節(jié)、非接觸、非結(jié)構(gòu)破壞等優(yōu)點，將此方法應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，并有望進一步推動輻射偶極振子的超快調(diào)控以及相關(guān)光學元器件的開發(fā)。
 

　　該工作得到了國家自然科學基金，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。