Spontaneous decay of a quantum emitter near a plasmonic nanostructure
我们发展了一个位于金属-电介质结构附近的量子发射体（QE）的自发衰变理论，该结构支持局域表面等离子体。如果等离子体共振被调谐为接近QE发射频率，则由于从QE到局部等离子体模式的能量转移，随后通过等离子体天线进行光子发射，发射被增强。发射速率取决于等离子体激元与辐射场的耦合和金属中欧姆损耗之间的密切相互作用。在这里，我们开发的等离子体激元格林函数的方法，包括等离子体激元与辐射的相互作用，以获得显式表达式的辐射衰减率和光学极化率的局部等离子体激元模式在任意的等离子体激元纳米结构。在这种方法中，我们通过将其与等离子体激元模式密度（其表征等离子体激元场限制）相关来提供等离子体激元模式体积的一致定义，并恢复标准腔形式的Purcell因子，但现在用于等离子体激元系统。我们表明，QE放置在一个小的金属纳米结构的尖锐尖端附近的“热点”，等离子体激元模式的体积与金属体积的比例，同时非常敏感的接近尖端。最后，我们推导出任何纳米等离子体系统的辐射功率谱的增强因子，并将其与自发衰变率的Purcell因子联系起来。我们说明了我们的研究结果，位于金纳米棒尖端附近的QE的数值例子。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Scalable Focused Ion Beam Creation of Nearly Lifetime-Limited Single Quantum Emitters in Diamond Nanostructures
缺陷中心-纳米腔系统的受控创建是有效地将自旋量子存储器与光子接口用于量子网络中基于光子的纠缠操作的突出挑战之一。在这里，我们展示了直接的，无掩模创建原子状的单硅空位（SiV）中心的金刚石纳米结构通过聚焦离子束注入与$\sim 32$ nm的横向精度和$< 50$ nm的定位精度相对于纳米腔。此外，我们确定了Si+离子到SiV中心的转化产率到$\sim 2.5\%$，并观察到通过额外的电子照射的10倍的转化产率增加。我们提取不均匀加宽的系综发射线宽的$\sim 51$ GHz，接近寿命限制的单发射极过渡线宽下降到$126 \pm13$ MHz对应于$\sim 1.4$倍的自然线宽。这种光学相干固态单量子系统的确定性创建的演示是朝着可扩展量子光学器件的发展迈出的重要一步。
2016-10-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum emitter coupled to plasmonic nanotriangle: Spatially dependent emission and thermal mapping
在这里，我们报告我们的研究辐射和非辐射之间的相互作用的单个量子发射体和各向异性的等离子体纳米结构：一个黄金纳米三角形。我们的理论和三维电磁模拟研究突出了量子发射体的偶极取向、等离子体纳米结构的各向异性以及发射体和等离子体几何结构之间的辐射和非辐射能量转移过程之间的有趣联系。对于量子发射体的面外取向，总衰减率和非辐射衰减率被发现是最大的，示出辐射提取效率为0.678。此外，对于相同的取向，辐射衰减速率更大，并且相对于纳米三角形显示出明显的空间依赖性。我们的研究有两个方面的直接影响：设计纳米粒子的光学天线，以控制从单个原子和分子的发射和几何控制到等离子体衰变通道的发射淬灭。
2018-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bound state and non-Markovian dynamics of a quantum emitter around a surface plasmonic nanostructure
可以形成量子发射体（QE）和表面等离子体激元（SPP）之间的束缚态，其中QE部分稳定在其激发态。我们提出了一种计算负频率$ω$能级位移的一般方法，它是正频率$-ω$能级位移非共振部分的负值.我们还提出了一个有效的形式主义获得的激发态人口的长时间的价值，而不计算的束缚态的本征频率或执行的时间演化的系统，其中的概率振幅为激发态在稳定的极限是等于一减去在正的频率范围内的演化谱的积分。在得到上述两个量的基础上，我们证明了在束缚态存在的情况下，非马尔可夫衰变动力学可以用基于演化算符格林函数表达式的方法得到。提出了一个判别束缚态存在的一般判据。这些都是数值演示的QE位于纳米球周围，并在间隙等离子体纳米腔。这些发现在相干光-物质相互作用领域具有指导意义。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quasinormal mode quantization of bound and propagating photons in complex lightguiding nanostructures for integrated devices
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本文提出了一种用于复杂光引导纳米结构中束缚光子和传播光子的准正常模式量化的通用边界条件和量化方案，用于集成光子量子设备。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Extraordinary Photon Transport by Near-Field Coupling of a Nanostructured Metamaterial with a Graphene-Covered Plate
耦合的表面等离子体/声子极化激元和双曲模式已知可以增强穿过纳米真空间隙的辐射传输，但通常需要相同的材料。对于近场热光伏和热整流等应用，实现不同材料之间的强近场能量传递变得至关重要。在这项工作中，我们从理论上证明了纳米结构的超材料发射器和石墨烯覆盖的平面接收器之间的非凡的近场辐射传输。在20 nm的间隙距离处实现了近场耦合，光谱热流密度增加了两个数量级。通过仔细选择石墨烯化学势和硅纳米孔发射器和硅板接收器的掺杂水平，在400 K至300 K之间，总近场辐射热通量可以达到远场黑体极限的约500倍。通过近场表面等离子体激元耦合、涨落电动力学和色散关系阐明了其物理机制。详细分析了石墨烯化学势、发射极和接收极掺杂浓度以及真空间隙距离对近场耦合和辐射转移的影响。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Deterministic coupling of quantum emitters in WSe$_2$ monolayers to plasmonic nanocavities
我们讨论了在剥离的WSe $_2$单分子膜中的位点选择性诱导的量子发射体与等离子体纳米结构的耦合。在表面上以\SI{4}{\micro\meter}的间距排列的正方形和矩形金纳米柱具有数十纳米的尺寸，并且充当用于在原子级薄材料中形成量子发射器的种子。我们观察到chrarteristic窄带发射信号的单层，这对应以及与金属纳米柱的位置，有和没有薄的电介质涂层。从发射器的单光子发射证实了自相关测量，产生$g^{2}(τ=0)$值低至0.17。此外，我们观察到我们的单光子发射器与频率匹配的等离子体共振的强共极化，表明确定性的光-物质耦合。我们的工作代表了一个重要的一步，可扩展的实现耦合量子发射极谐振器系统的高度集成的量子光子和等离子体应用。
2018-06-17 cond-mat.mes-hall
Reduction of nonclassical fluctuations by entangled nonidentical emitters in nanophotonic environments
我们提出了一个方案，其中宽带纳米结构允许产生压缩光和纠缠的量子发射极远失谐。结果表明，减少波动的电磁场所产生的集体共振荧光也提供了一种手段来检测发射器之间的纠缠。由于在拟议的混合系统的近场增强，这些非经典效应，可以遇到非常接近的分离限制在自由空间和窄频带的高Q腔观察之外。我们的方法允许克服非相互作用的单发射器的限制，是更强大的对环境引起的相位退相干。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lifetimes and quantum efficiencies of quantum dots deterministically positioned in photonic-crystal waveguides
将单个发射器与光子纳米结构连接使得能够修改它们的发射特性，例如增强单独的衰减速率或控制发射方向。为了实现完全控制，单个发射器必须确定性地定位在纳米结构中。在这里，我们使用光谱学来获得有关各个量子点的光谱和空间信息，以便将每个发射器定位在光子晶体波导的单元格中的预定位置。根据结构化纳米光子模式内的空间和光谱定位，我们观察到量子点发射可以被抑制或增强。这些结果证明了光子晶体波导控制单光子发射的能力，并且定位量子点的能力对于创建复杂的多发射器量子光子电路将是至关重要的。
2019-09-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient single-photon emission from electrically driven InP quantum dots epitaxially grown on Si(001)
在硅上异质外延III-V族半导体是使硅成为用于片上光学互连和量子光学应用的光子平台的有前途的方法。两种材料系统的单片集成是一个长期的挑战，因为不同的材料特性导致外延层中的高缺陷密度。然而，近年来，纳米结构已经显示出适合于成功地在硅上实现发光体，利用它们的几何形状。刻面边缘和侧壁可以最小化或消除位错的形成，并且由于接触面积减小，纳米结构几乎不受位错网络的影响。在这里，我们展示了磷化铟量子点作为CMOS兼容硅衬底上的高效发光体的潜力，其发光特性与在III-V衬底上实现的成熟器件相当。首次提出了硅上的电驱动单光子发射，满足了硅雪崩光电二极管最高检测效率的波长范围。
2011-04-12 cond-mat.mes-hall
Routing surface plasmons by a quantum-dot nanostructure: nonlinear dispersion effects
在量子信息处理中，通常采用单量子发射器的线性波导作为路由器来构建量子网络。在这里，我们研究了非线性色散对单表面等离子体激元的量子路由的影响，两个金属纳米线与一对量子点之间。利用实空间中的全量子理论，我们得到了单个表面等离子体激元在一对量子点散射下进入两个等离子体激元波导的四个出口的路由概率。结果表明，通过适当地设计点间距离和点-等离子体激元耦合，表面等离子体激元在等离子体激元波导通道之间的路由能力可以显著高于由具有线性色散的单发射极波导形成的相关网络。有趣的是，目前的二次色散在波导传递的表面等离子体激元输运的明显Fano样的共振。因此，所提出的双点配置可以用作用于控制等离子体波导中的表面等离子体激元路由的鲁棒量子路由器和等离子体Fano类共振控制器。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-equilibrium states of a plasmonic Dicke model with coherent and dissipative surface plasmon-quantum emitter interactions
混合光子等离子体纳米结构允许工程师的量子发射器和腔模式的耦合占直接相干和环境介导的耗散途径。利用广义等离子体Dicke模型，我们探讨了这些相互作用的非平衡相图。分析表明，它们的相互作用导致了超辐射态和规则激光态向耗散耦合区的扩展，并产生了与超辐射态和规则激光态有边界的无粒子数反转的激光相。计算出的光子发射光谱表明，这些阶段进行不同的签名。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal plasmons in one-dimensional carbon nanostructures
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA-加泰罗尼亚研究高级学院）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（POLIMA-极化激元驱动光物质相互作用中心，南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（丹麦高等研究院，南丹麦大学）
本研究通过偏置石墨烯纳米带和碳纳米管实现非互易等离子体控制，揭示电偏压可打破互易性，为非互易纳米光子学提供新平台。
2025-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Decay Rate of Magnetic Dipoles near Non-magnetic Nanostructures
在这篇文章中，我们提出了一个简洁的理论框架的基础上混合场磁化率来描述非磁性纳米结构诱导的磁偶极子的衰减。这种方法首先说明在简单的情况下，其中可以得到的衰减率的解析表达式。然后，我们表明，这种形式主义涉及的体积离散化和广义传播子的计算更精细的数值实现可以预测任意几何形状的纳米结构附近的磁偶极子的动态。最后，我们证明了这种数值方法的多功能性耦合到进化优化算法。通过这种方式，我们预测的结构的几何形状，最大限度地促进相对于电发射器的磁跃迁的衰减。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
pyGDM -- A python toolkit for full-field electro-dynamical simulations and evolutionary optimization of nanostructures
pyGDM是一个python工具包，用于基于Green Dyadic Method（GDM）的纳米光学电动力学模拟。与大多数其他耦合偶极码相比，pyGDM使用广义传播子，可以经济高效地解决大型单色问题，例如使用聚焦光束或量子发射器探针进行偏振分辨计算或光栅扫描模拟。该软件的另一个特点是可以非常容易地解决包括电介质或金属基板在内的3D问题。此外，pyGDM包括容易导出几个物理量的工具，例如远场图案、消光和散射截面、结构附近的电磁近场、量子发射体的衰减速率和LDOS或沉积在纳米颗粒内部的热。最后，pyGDM提供了一个工具包，用于纳米颗粒几何形状的有效进化优化，以最大化（或最小化）光学特性，如在选定的共振波长下的散射。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Dressed states of a quantum emitter strongly coupled to a metal nanoparticle
混合分子-等离子体纳米结构已经证明了它们在纳米尺度上的表面增强光谱学、传感或量子控制方面的潜力。在这项工作中，我们研究了强耦合制度，并明确描述了金属纳米粒子的局域等离子体激元和量子发射体的激发态之间的杂化，提供了一个简单而准确的理解的能量交换完全类比腔量子电动力学处理和修饰原子图片。近场发射和远场辐射进行了讨论，揭示了丰富的光学纳米晶体。
2017-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hot Electron Dynamics in Plasmonic Thermionic Emitters
热离子转换器在基于电子的真空发射的动力循环中从热能发电。虽然在热效率上是有效的，但实际的实现受到电子发射所需的极端温度（> 1500 K）的限制。在这里，我们展示了支持共振等离子体吸收的金属纳米结构如何实现替代策略。在稳态光吸收期间可以保持有效真空发射所需的高电子温度，同时晶格温度保持在低于600 K的热稳定性范围内。我们还开发了一种基于反斯托克斯拉曼光谱的光学测温技术，证实了这些独特的电子动力学。由等离子体吸收剂构造的热离子装置显示出在效率和热稳定性方面可以胜过其他聚光太阳能转换策略的性能。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Coupling single photons from discrete quantum emitters in WSe$_2$ to lithographically defined plasmonic slot-waveguides
我们报告的观察的产生和路由的WSe $_2$单层片状剥离光刻定义的金等离子体激元波导的局部激子产生的单等离子体激元。对不同量子发射器的位置的统计分析表明，它们是$(3.3 \pm 0.7)\times$，更有可能靠近等离子体激元波导的边缘形成。通过表征单个发射器，我们通过观察信号（$g^{(2)}(0) = 0.42$）的反聚束来确认它们的单光子特性，并证明特定的发射器耦合到近端等离子体激元波导的模式。对靠近和远离等离子体纳米结构的发射器进行的时间分辨测量表明，根据量子发射器相对于紧密限制的等离子体模式的精确位置，发生高达$15 \pm 3$的Purcell因子。测量的点扩散函数的五个量子发射器相对于波导与<50 nm的精度进行了比较，数值模拟表明，更高的耦合效率的潜力，理想定位的发射器的增加。这种应变诱导量子发射器与确定性等离子体激元路由的集成是朝向深亚波长片上单量子光源的一步。
2018-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A scanning probe-based pick-and-place procedure for assembly of integrated quantum optical hybrid devices
集成量子光学混合器件包括基本组成部分，如单发射器和定制的光子纳米结构。可靠的制造方法需要在任意纳米结构上以最高精度控制活性纳米颗粒的沉积。在这里，我们描述了一种易于适应的技术，采用采摘和放置的纳米粒子与原子力显微镜结合共聚焦设置。以这种方式，可以在组装之前和之后同时监测形貌和光学响应。该技术可以应用于任意粒子。在这里，我们专注于纳米金刚石含有单氮空位中心，这是特别有趣的量子光学实验上的单光子和单发射水平。
2011-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Green Tensor Analysis of Lattice Resonances in Periodic Arrays of Nanoparticles
当以周期性几何形状排列时，金属纳米结构的阵列能够支持被称为晶格共振的集体模式。这些模式源自阵列元件之间的相干多重散射，产生非常强且光谱窄的光学响应。在这里，我们表明，由于它们的集体性质，金属纳米颗粒的周期性阵列的晶格共振可以介导放置在阵列附近的偶极发射器之间的有效的远程耦合。具体来说，我们使用耦合偶极子的方法，计算连接两个点的阵列的格林张量，并分析其频谱和空间特性。该量表示当由位于另一个位置的单元偶极子发射器激励时，由阵列在给定位置处产生的电磁场。我们发现，当晶格共振被激发时，格林张量是显着更大，衰减速度更慢的距离比真空的格林张量。因此，除了推进晶格共振的基本理解，我们的研究结果表明，纳米结构的周期性阵列能够增强偶极发射体集合之间的长程耦合，这使得它们成为一个有前途的应用平台，如纳米级能量转移和量子信息处理。
2021-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Two-dimensional electronic spectroscopy of organic semiconductor nanostructures
本文围绕方酸染料基有机半导体纳米结构展开研究，利用其独特电子性质实现强激子-等离子体耦合混合纳米结构，首次通过10飞秒二维电子光谱开展相干耦合时域研究，发现等离子体场驱动长程相干激子传输的证据。
2024-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confinement Effect Emission from Infiltrated ZnO in PS-b-PMMA Nanostructures
我们已经表征了ZnO的生长，使用顺序渗透合成（SiS）的PS-b-PMMA嵌段共聚物（BCP）的球形和圆柱形的子20 nm的形态，并研究了这些纳米结构的光致发光的变化，每个其种子层。使用原子力显微镜（AFM），荧光光谱，拉曼光谱，和扫描电子显微镜（SEM）的这些结构进行调查。我们报告蓝移光电发射在335 nm（3.70 eV），这表明量子限制效应。这种紫外光致发光可以转化为半径约为1.5nm的发射器尺寸。此外，用氧化铝种子层制备的ZnO样品分别在470 nm和520 nm处显示出球形和圆柱形BCP形态的额外缺陷态光电发射。在没有种子层的情况下制备的样品中没有观察到缺陷光电发射。拉曼和EXAFS数据表明，在渗透ZnO生长的早期阶段，ZnO纳米结构之间缺乏长程序，因此支持蓝移发射是由于限制。我们的工作表明，通过渗透生长在PS-b-PMMA上的ZnO纳米结构在均匀性和尺寸上是有利的，并且表现出独特的荧光性质。这些观察结果表明，渗透ZnO在PS-b-PMMA纳米结构本身的光子学和量子材料的应用的一个新的制度。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppressed dissipation of a quantum emitter coupled to surface plasmon polaritons
电磁场在金属-电介质界面诱导的表面等离子体激元（SPPs）能够将光限制在远低于传统光学的尺度上，为探索强量子化光-物质耦合提供了理想的系统。在以前的工作中报道的快速物质SPP人口交换使其成为自旋操纵的候选人，但这种可逆的动力学渐近消失，伴随着量子物质完全放松到其基态。在这里，我们研究了量子发射体（QE）耦合到SPP的精确耗散动力学。有趣的是发现，与传统的研究结果有质的不同，即使在有损耗金属的存在下，QE也可以部分稳定在其激发态。我们的分析表明，这是一个QE-SPP束缚态的形成，导致这种抑制耗散。我们的结果丰富了有耗介质中量子效率的退相干动力学，有助于理解量子效率与表面等离子体激元的相互作用，并有助于等离子体激元纳米结构在量子器件中的应用。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-molecule time-resolved spectroscopy in a tunable STM nanocavity
本研究利用可调谐STM纳米腔平台，通过直接时间分辨测量估算单分子激发寿命，发现纳米腔耦合可将寿命从纳秒级缩短至皮秒级，并探究了远场与针尖增强光致发光的转变，克服了谱线宽度估算法的弊端。
2023-09-08 cond-mat.mes-hall
Signatures of quantized coupling between quantum emitters and localized surface plasmons
量子等离子体将光限制在衍射极限之外的尺度上，为探索强光-物质耦合提供了理想的平台。金属-介质界面上的光致局域表面等离子体激元（LSP）作为量子总线在量子信息处理中具有广泛的应用前景，但金属中光的损耗特性阻碍了其应用。在这里，我们提出了一种机制，使可逆的能量交换和多体量子相关的集体量子发射体（QE）介导的LSP持久。通过研究球形金属纳米粒子支撑的量子阱与LSP之间的量子化相互作用，我们发现量子阱与LSP之间的量子化耦合在稳态下的不同特征，包括完全衰变、布居捕获和持续振荡，本质上是由量子阱与LSP系统能谱中形成的不同数量的束缚态所决定的.丰富了我们对有耗介质中光-物质相互作用的理解，我们的结果对利用等离子体纳米结构设计量子器件具有指导意义。
2019-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlocal effects in atom-plasmon interactions
本研究针对贵金属纳米结构几纳米尺度下的非局域量子效应，基于Feibelman d参数表征的表面响应函数，揭示了其对量子发射体Purcell增强、兰姆位移等的调控规律，为d参数的实验测定提供了途径。
2023-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Examining the Transition from Multiphoton to Optical-Field Photoemission From Silicon Nanostructures
我们进行了详细的实验和理论研究的过渡从多光子光场光电发射n掺杂，单晶硅纳米尖。围绕这一转变，我们测量增强的发射率以及强度依赖的结构中的光电子产量从照明的纳米结构。通过数值求解含时薛定谔方程（TDSE），我们证明了过量发射是由于硅表面附近电子驻波包的积累，而这种跃迁中的强度依赖结构是由于有质动力势的增加和沟道关闭效应造成的.通过含时微扰理论（TDPT），我们然后表明，强度相关结构的可见性，从多光子到光场发射的跃迁速率，以及在高强度下的标度率都与导带附近的基态能量的窄带在硅中主导的发射过程是一致的。这些结果突出了考虑相干电子波包动力学在发射器表面，以及解释强场光电子发射固体时的基态能量分布的重要性。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Entanglement Dynamics of Two Independent Cavity-Embedded Quantum Dots
研究了由两个固体辐射体（如两个量子点）嵌入两个相互分离的微腔构成的系统中纠缠的动力学行为。在这些固态系统中，除了与腔模耦合之外，发射器还耦合到连续的漏模，提供额外的损耗，并且它还受到声子诱导的纯退相机制的影响。我们将这种物理配置建模为由两个独立部分组成的多体系统，每个部分包含嵌入单模腔中的量子比特，暴露于腔损耗，自发发射和纯退相。我们研究了这种多体开放系统的纠缠随时间的演化，最后将这个理论框架应用到目前可用的微腔中的固态量子点的情况。
2010-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Role of Auger Recombination in Plasmon Controlled Photoluminescence Kinetics in Metal-Semiconductor Hybrid Nanostructures
半导体量子点（SQD）的光谱研究解决了非辐射载流子损耗的问题，对于提高各种发光器件的效率至关重要。SQD发射极的各种设计，如掺杂、形成核-壳和合金化，已经尝试抑制非辐射复合。在这篇文章中，我们表明，形成与金属纳米粒子（MNP）具有局部表面等离子体共振与SQD的发射光谱重叠的混合物，可以减轻通过俄歇复合的非辐射载流子损耗。使用稳态和时间分辨的光致发光，已经表明，当这种混合物被选择性地激发远高于带隙而不激发等离子体时，对快速衰减时间的贡献随着对较长衰减时间的贡献的增加而减少。当激子和等离子体同时激发时，观察到完全相反的动力学。这种通过将MNP放置在SQD附近来控制光致发光动力学的方法为设计非常适合于发光器件的混合材料开辟了一种新方法。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Position-dependent chiral coupling between single quantum dots and cross waveguides
具有量子发射体的光子纳米结构之间的手性光-物质相互作用在实现用于量子信息处理的自旋-光子接口方面显示出巨大的潜力。量子发射体的位置相关自旋动量锁定对于这些手性耦合纳米结构是重要的。在这里，我们报告的量子点（QD）和交叉波导之间的位置相关的手征耦合的数值和实验。选择分布在截面不同位置的四个量子点来表征器件的手征性质。在单个波导中以及在两个波导中同时实现定向发射。此外，量子点的位置可以通过四个输出的手性对比来确定。因此，通过合理的放置量子点，交叉波导既可以作为单向波导，又可以作为圆偏振分束器，在单光子水平的复杂量子光网络的自旋-路径编码中具有潜在的应用价值.
2021-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Beaming light from a quantum emitter with a planar optical antenna
光与量子发射体的有效相互作用对于纳米和量子光子学中的大多数应用（例如传感或量子信息处理）是至关重要的。有效的激发和光子提取对于单个原子或分子发出的微弱信号尤为重要。最近的工作已经引入了新的收集策略，这表明，大的效率可以通过平面介电天线结合高数值孔径物镜或光学纳米结构，光束发射到一个狭窄的角分布。然而，第一种方法需要使用精细的收集光学器件，而后者是基于量子发射器在复杂的纳米级架构附近的精确定位;因此，需要复杂的制造和实验能力。在这里，我们提出了一个理论和实验演示的平面光学天线，光束发射的光由一个单一的分子，这导致在小角度的收集效率提高，而没有严格的要求发射器的位置。所提出的器件具有宽带性能和光谱可扩展性，它是简单的制造，因此适用于广泛的量子发射器。我们的设计发现在光谱学，量子光学和传感的直接应用。
2017-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Localized all-optical control of single semiconductor quantum dots through plasmon-polariton-induced screening
由于等离子体纳米结构通过激发表面等离子体激元（SPP）来强烈修改局部电磁（EM）场的能力，等离子体纳米结构经常被用于重塑发射方向并增强量子发射体（诸如半导体量子点（QD））的辐射衰减速率。这些特性对于量子信息处理、纳米光子电路和光电子学都是必不可少的。然而，迄今为止所展示的修改和增强常常急剧地改变发射器的局部能量密度，并因此改变其固有特性，从而几乎没有留下主动控制的空间。在这里，我们展示了一个单一的半导体量子点的能量状态的动态调谐，通过光学修改其局部介电环境与附近的等离子体结构，而不是直接耦合到量子点。这种方法保持了QD的原始固有光学性质不变，从而有机会实时调整其光学性质。这种能力在需要超快开关和调制机制的应用中是非常需要的。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall
Second-order quantum nonlinear optical processes in single graphene nanostructures and arrays
在单光子水平上实现非线性光学相互作用是近几年来的一项重要工作。大部分工作集中在实现强三阶非线性，例如通过使用单原子或其他量子发射体，而实现强二阶非线性的可能性仍未探索。在这里，我们描述了一种新的技术来实现这样的非线性使用石墨烯，利用强per-photon场与紧密限制的石墨烯等离子体结合空间非局域非线性光学相互作用。我们表明，在适当设计的石墨烯纳米结构，这些条件使一个单一的量子化的等离子体激元和纠缠的等离子体激元对之间的非常强大的内部下转换，或二次谐波产生的逆过程。一个单独的问题是如何观察到如此强的内部非线性，给定这些等离子体共振和自由空间辐射场之间名义上的弱耦合。一方面，通过使用集体耦合到辐射的纳米结构阵列，我们表明，内部的非线性可以表现为有效的频率转换的辐射场在极低的输入功率。另一方面，有效耦合到单个纳米结构的技术的发展将允许这些非线性过程在单个输入光子的水平上发生。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum surface effects in strong coupling dynamics
纳米结构金属中的等离子体激元被广泛用于触发与量子光源的强光-物质相互作用。虽然这种量子发射体（QE）的非经典行为在这种情况下是很好理解的，但等离子体共振器中的量子和表面效应的作用通常被忽略。在这里，我们结合格林张量的方法与Feibelman $d$参数形式主义，从理论上探讨在金属介电层纳米结构的近端两级QE的弛豫动力学的量子表面效应的影响。在确定了电子溢出是胶状金属中量子效应的主要来源后，我们将研究重点放在钠上。我们的研究结果揭示了一个明确的分裂的发射光谱，已达到强耦合制度的指示，更重要的是，非马尔可夫松弛动力学的发射器。我们的研究结果表明，强烈的光-物质耦合不被抑制的非经典表面效应的出现在金属的光学响应。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
First-principles analysis of nanoelectromechanical systems using Loewner equation
Loewner方程（LE）是用来获得共形映射，导致精确和解析表达式的几个静电性能的现实准一维纳机电系统（NEMS）。LE方法还包括弯曲的几何形状，不可能通过传统的方法，如Schwarz-Christoffel变换，经常在这种情况下使用。在可能的应用中的形式主义，我们表明，它允许一个精确的评价接近不同的发射体的顶点的场增强因子（FEF）。尽管它在无线电接收器纳米器件的解调过程中起着关键作用，但实际的FEF值主要是通过数值和/或唯象方法获得的。这项工作扩展了LE已经巨大的应用领域，并提供了一种分析方法来评估FEF，即使是弯曲的发射器。此外，我们的研究结果提供了一个签名的不同的发射电流的响应，由于纳米结构的振荡，证明其在射频的解调过程中的作用。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall
Quantum Light from a Metal Nanoparticle
单光子源的运行速度受到量子发射体（QE）的自发发射率的基本限制。速率加速的当前范例建议将QE耦合到金属纳米结构，特别是金属纳米颗粒（MNP）。在这里，我们证明，与这种方法相反，MNP本身可以表现为量子发射体。我们确定了一阶和二阶关联函数的光自发发射的MNP强烈耦合到QE，并表明，这种光应该表现出亚泊松光子统计和完美的光子反聚束。这一发现为具有前所未有的高达100 THz的产生率的单光子源开辟了前景。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum surface effects on quantum emitters coupled to surface plasmon polariton
本文利用Feibelman d参数方法研究量子表面效应对耦合到表面等离激元极化子的量子发射体非马尔可夫动力学的影响，发现QE-SPP束缚态可在远距离量子发射体间产生无耗散纠缠，为SPP在量子网络中的应用奠定基础。
2025-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanophotonic control of circular dipole emission: toward a scalable solid-state to flying-qubits interface
利用纳米结构控制单量子发射体的光子发射对于可扩展的片上量子信息处理至关重要。如今，纳米谐振器可以影响发射器的寿命，并最终在发射器和光场之间引起强耦合，而纳米天线可以控制发射的方向性。将这种控制扩展到操纵轨道角动量变化跃迁的发射，将使长寿命固态量子比特和飞行量子比特之间的耦合成为可能。由于这些过渡与圆形，而不是线性偶极子，这样的控制需要详细的知识的空间依赖的相互作用的复杂偶极子与高度结构化的光学本征态包含本地螺旋。使用一个经典的模拟，我们在实验上映射的圆偶极子的光子模式的模型结构，一个光子晶体波导。我们表明，根据当地的螺旋偶极子可以耦合到模式传播到左边或右边。这些地图与计算结果非常吻合。因此，我们的测量结果表明，自旋光子耦合的途径与近单位（0.8 $\pm$ 0.1）的效率。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Magneto-optical control of Förster energy transfer
我们介绍了一个一般的框架来研究在纳米结构的环境中发射体和吸收体之间的偶极-偶极能量转移。该理论使我们能够在具有各向异性电磁响应的纳米颗粒存在下解决供体和受体之间的Förster共振能量转移（FRET）。在磁光各向异性的特殊情况下，我们计算了广义FRET率，并讨论了数量级。的距离依赖性，FRET效率和灵敏度的过渡偶极取向的取向不同于标准FRET，可以使用静态磁场作为外部参数进行控制。
2011-02-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
