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2017bbin游戏科研進展—物理學
2018-05-18 07:18   審覈人:

1.介紹量子點形狀對非線性光學性質的影響

李克欽,郭康賢等。

非線性光學效應是指在強相干光與物質(例如半導體)相互作用期間發生的一些非線性光學現象。這些效果與線性光學中出現的效果不同,例如反射,折射,散射和雙折射。線性光學效應的特徵在於出射光強度與入射光強度成比例;不同頻率的光波之間沒有相互作用,包括無法交換能量;該效果源自介質中與施加的光場成比例的線性偏振。非線性光學效應中的出射光強度與入射光強度不成比例(例如,平方或立方);不同頻率的光波之間存在相互作用,包括能量交換;效果來自媒介和動作光場。非線性極化不成比例(如平方或立方)。量子點是直徑在2和100nm之間的半導體納米晶體。量子點可根據其製備方法制備成不同的形狀,例如圓柱形和球形。在過去的十年中,量子點的非線性光學性質由於其在許多應用中的相關性而引起了相當大的興趣。新光學特性的產生有助於創造新的光學儀器,如遠紅外激光放大器,光電探測器,高速電光調製器等。在目前的工作中,我們研究了橢圓和三角量子點對由於形狀特徵變化(圖1和2)引起的二階和三階非線性光學性質的影響,例如三次諧波係數和電子干擾領域。二次諧波係數和光整流係數。主要研究成果如下:

首先,在有效質量近似下,通過擾動理論推導出系統在不同條件下研究的量子點的波函數和能級(橢圓量子點和三角量子點)。

其次,利用擾動理論計算的波函數,利用密度矩陣法和對角化法分析了橢圓量子點和三角量子點的一些光學性質,得出以下結論:

在橢圓量子點的情況下,形狀特徵參數影響光學吸收係數。隨着量子點緩慢向針形移動,三次諧波係數增加,發生紅移,如圖3所示。

2.與橢圓量子點不同,三角量子點的三次諧波係數隨着量子點的特徵參數變爲三叉神經形狀而逐漸減小。但與此同時,出現了與橢圓量子點相同的紅移現象,如圖4所示。

在電場的干擾下,出現了二階非線性光學效應的三角量化現象。隨着量子點形狀參數向三叉神經形狀的變化,三角量子點的二次諧波係數逐漸減小,而光整流係數逐漸增大,但出現紅移現象。五歲以下兒童。

本文的目的是爲更復雜形狀的量子點的非線性光學性質提供參考,以有助於量子光學儀器的調製和優化。

圖1圖2

圖3圖4

圖5

量子點形狀對三次諧波產生的影響,Superlattices Microstruct.2017

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749603616315646

2.一維波導系統中單光子調節的研究

李文安等人

光子是表示量子比特的實際物理系統。由於光子是中性粒子,它們之間沒有直接耦合,並且與大多數其他物質沒有強烈的相互作用。它們可以高速,長距離傳輸,空間和介質損耗低,可靠地實現量子信息處理。單光子操縱在量子信息處理中尤爲重要。由於傳統非線性光學中使用的克爾介質是非線性材料,因此消相干效應非常強,因此難以滿足單光子調節的要求。在研究中已經發現,良好隔離的單個原子提供光子之間的交叉調製。目前,人們已經在理論上和實驗上研究了一維波導系統中單光子的量子調節,並發現了一些有意義的現象。這也促使人們在不同條件下進一步研究下一維繫統中單光子的調節。

我們學校的一位年輕教師李文安博士指導學生對一維波導系統中的單光子調節進行研究。基於前人的工作,創新性地提出將兩個納米腔耦合到波導中的相同諧振器,並在每個納米腔中放置一個原子(或量子點,人造原子等)。利用離散座標法,精確計算了系統中單光子傳輸的透射係數和反射係數,得到了完整的反射點和透射點。通過調整系統參數,可以調整反射點和傳輸點的位置,可以從光子的透射光譜中讀取系統的信息,如原子與納米腔之間的耦合強度。文章還討論了兩個納米腔之間的耦合和非耦合的存在。數值模擬顯示耦合常數對光子傳輸的影響。

本研究通過設計新的波導結構實現了單光子的可控傳輸,增加了調節範圍。它可以用作單光子頻率濾波器,爲光子器件的製造提供理論參考,並在量子信息處理中具有潛在的應用。展望。

美國光學學會雜誌B,Vol。 34,第1期,第82-87頁,(2017)

文章鏈接:https://doi.org/10.1364/JOSAB.34.000082

圖1:一維波導和A,B兩腔耦合模型。在每個納米腔中放置一個原子。

圖2不同參數對光子傳輸頻譜:的影響。

圖3與兩個耦合的納米腔相互作用的:一維波導的模型。

圖4:兩個納米腔之間的耦合強度J對光子透射光譜的影響。


3.在多腔系統中簡單有效地實現多位量子相位門

李文安等人

量子信息科學是近年來最受歡迎的研究領域之一,也是量子技術與信息學相結合的跨學科學科。該領域的一個重要研究方向是在多個量子位上操作各種邏輯門。在這些邏輯門操作中,多位相位門特別重要,並且廣泛用於量子算法,量子傅立葉變換和量子誤差校正。近年來,已經在不同的物理系統(例如NMR,離子阱,電路QED等)中提出了許多用於實現相位門的理論解決方案。然而,實驗上很難實現超過三個量子比特的相位門。

我們學校的年輕教師李文安博士和合作者提出了在多腔系統中簡單有效地實現多位量子相位門。該解決方案選擇具有低損耗和易集成的超導電路量子系統。量子信息記錄在fluxonium位的最低四級,每個位通過電容器耦合到諧振器。通過使用量子Zeno動力學有效地實現多位相位門。與前一種方案相比,操作更簡潔,無需單獨尋址每個位,整個過程只需要對一位進行操作,從而大大降低了實驗的難度。更重要的是,運行時間減少到納秒級,門操作可以更快地完成。該解決方案很容易推廣到更多位。通過數值模擬,該方案具有高保真度,即使實驗參數偏離理論值10%,保真度也高達96%。

研究通過巧妙的設計實現了多位量子相位門的操作,簡化了原有的複雜方案,爲實驗工作者提供了新的理論解決方案,爲量子信息處理提供了新的思路。

美國光學學會雜誌B,Vol。 34,第7期,第1560-1566頁,(2017)

文章鏈接:https://doi.org/10.1364/JOSAB.34.001560

圖1(a)相位門的器件圖。量子位q1,q2,qA分別通過電容器耦合到諧振器(r1,r2)。 C1和C2是電容器。 (b)量子比特的能級圖。

圖2.不同參數下三位相位門保真度的變化。 (a)非共振; (b)共振。

4. CdS量子點中的激子拉曼散射

郭曉彤,劉翠紅

隨着半導體制造水平的不斷提高,半導體材料的線性度縮小到納米尺寸。納米半導體材料具有可人爲控制的優異光電特性,因此已廣泛應用於新型半導體器件中,並帶來了一系列產業改革。拉曼光譜是研究低維半導體系統能帶結構的有效方法。光譜信息量大,具有無接觸,無損傷,快速分析,各種材料特性和結構的識別等優點。 1992年,雷尼紹和利茲大學首次發明了世界上第一個新的微觀共焦拉曼系統,隨後迅速發展了拉曼光譜。

激子是半導體中的基本基本激發。與傳統的半導體材料相比,低維半導體結構中的激子結合能大得多,並且激子效應顯着增強。然而,關於低維半導體系統中激子拉曼散射的研究很少。本文從理論上研究了CdS拋物量子點激子拉曼散射。在T=0K的條件下,採用有效質量近似法推導激子的Stokerian散射截面,並進行數值計算。可以得出結論,激子效應引起拉曼光譜的藍移,並且藍移的大小取決於量子結合效應,庫侖相互作用的大小和入射光強度。隨着量子結合效應的增強,CdS量子點的能級結構發生變化,但隨着入射激光強度的增加,藍移量減少。這是因爲入射激光強度的增加削弱了激子內的庫侖。相互作用導致電子從庫侖中脫離,並且發生電子隧穿效應,並且激子效應減小,導致藍移的減少。同時,觀察到在量子點系統中,由於庫侖相互作用,電子空穴的波函數重疊,導致激子拉曼效應線高度約爲電子拉曼效應線高度的三倍。這項工作對實驗研究和新型光電子和微電子器件的開發具有一定的指導意義。

本文發表在Physica E:低維繫統與納米結構第93卷,2017年9月,第271-274頁

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1386947717302606?via%3Dihub

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