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物理所在光子晶體微腔和量子點(diǎn)的耦合系統(tǒng)中首次實(shí)現(xiàn)雙光子Rabi劈裂 為了提高耦合強(qiáng)度、降低雙激子束縛能，他們?cè)O(shè)計(jì)并生長(zhǎng)了一批具有低點(diǎn)密度、大尺寸的量子點(diǎn)，其能級(jí)圖如圖1（a）所示。他們通過(guò)調(diào)整光子晶體微腔兩側(cè)空氣孔的位置和半徑，設(shè)計(jì)出了具有較高Q的光子晶體微腔，理論值可達(dá)105量級(jí)，并通過(guò)高精度微加工過(guò)程制備了光子晶體微腔, Q值可達(dá)12000，其掃描電子顯微鏡圖像如圖1（b）所示。通過(guò)共聚焦系統(tǒng)測(cè)量了4.2 K下該體系的熒光光譜，利用溫度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)能級(jí)與微腔共振，觀測(cè)到了單個(gè)量子點(diǎn)中激子和雙激子態(tài)與微腔的強(qiáng)耦合，耦合強(qiáng)度均為130 μeV，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，比同類型的雙激子器件的耦合強(qiáng)度提高2倍。同時(shí)由于量子點(diǎn)小的雙激子束縛能，微腔能夠同時(shí)與激子和雙激子態(tài)耦合，且耦合強(qiáng)度高于該系統(tǒng)下發(fā)生雙光子劈裂的閾值（理論分析如圖3所示），通過(guò)分析該過(guò)程中強(qiáng)度與線寬的變化，觀測(cè)到了兩個(gè)單光子過(guò)程衰減的區(qū)域（如圖4所示），證明了雙光子Rabi劈裂的存在。因此他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上首次利用光子晶體微腔和量子點(diǎn)的耦合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙光子Rabi劈裂，并且與理論計(jì)算的結(jié)果符合。他們的工作將微腔和點(diǎn)的強(qiáng)耦合體系由單光子過(guò)程推進(jìn)到多光子過(guò)程，為多量子比特的操控提供了手段。 該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：11721404, 51761145104, 61675228）、國(guó)家“973”計(jì)劃（批準(zhǔn)號(hào)：2014CB921003)、中科院B類先導(dǎo)（批準(zhǔn)號(hào)：XDB07030200，XDPB0803）以及中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。  圖1 (a) 量子點(diǎn)能級(jí)圖。其中，XX代表雙激子態(tài)，X代表激子態(tài)，由于精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂，X態(tài)劈裂為兩支，分別為XH, XV。（b）光子晶體微腔的SEM圖像。  圖2 (a) 不同溫度下的熒光光譜。（b）峰值隨溫度的相對(duì)變化關(guān)系。虛線表示未耦合系統(tǒng)腔模及量子點(diǎn)隨溫度的變化。  圖3 (a) 耦合強(qiáng)度較大時(shí)腔-點(diǎn)系統(tǒng)的能級(jí)結(jié)構(gòu)圖。（b）上圖：耦合強(qiáng)度為70μeV和120μeV時(shí)，由|XX,0>、|X,1>和|G,2>形成的三個(gè)極化激元的本征值隨腔模的變化。下圖：雙光子Rabi劈裂能量隨耦合強(qiáng)度的變化。  圖4 (a) 溫度調(diào)控的熒光光譜圖，其中兩個(gè)單光子過(guò)程的衰減區(qū)域如下面的插圖所示。（b） g=130 μeV時(shí)理論計(jì)算的熒光光譜圖。插圖：雙光子劈裂時(shí)的線寬變化。（c）在不同溫度下，實(shí)驗(yàn)上（實(shí)線）和理論上（虛線）peak2的線寬變化。（d）在不同溫度下三個(gè)峰的強(qiáng)度變化。 文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.213901 |
