Strong coupling out of the blue: an interplay of quantum emitter hybridization with plasmonic dark and bright modes
单量子发射体与电磁模之间的强耦合是量子光学中的关键效应之一。在腔QED等离子体方法中，强耦合系统通常被理解为共振耦合到单个辐射等离子体模式的单跃迁发射器。然而，等离子体腔还支持非辐射（或“暗”）模式，其提供高得多的耦合强度。另一方面，现实的量子发射器通常支持各种对称性的多个电子跃迁，这可能与更高阶的等离子体跃迁重叠-在光谱的蓝色或紫外部分。在这里，我们表明，真空拉比分裂与一个单一的发射器可以通过利用暗模式的等离子体纳米腔。具体来说，我们表明，一个显着失谐的电子跃迁可以与暗等离子体激元假模杂交，导致在真空拉比分裂的明亮的偶极等离子体激元模式。我们开发了一个简单的模型，说明在“暗”强耦合制度的系统响应的修改，并证明单光子非线性。这些结果可能会发现重要的影响，在新兴领域的室温量子等离子体。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Radiative enhancement of single quantum emitters in WSe2 monolayers using site-controlled metallic nano-pillars
等离子体纳米结构提供了一种有效的方法来控制和增强量子发射器的辐射特性。将这些结构耦合到低维材料中的单个缺陷提供了一个特别有前途的材料平台来研究发射体-等离子体相互作用，因为这些发射体没有嵌入周围的电介质中。因此，它们可以接近纳米级距离的近场等离子体激元模式，从而可能实现强的光-物质相互作用。然而，这种耦合需要发射器与结构的等离子体激元模式的精确对准，这在位点控制结构中特别难以实现。我们提出了一种在二维二硒化钨（WSe 2）中产生量子发射体的技术，该技术耦合到位置控制的等离子体纳米柱。等离子体纳米柱在二维材料中诱导应变，这在等离子体模式的高场区域附近产生量子发射体。纳米柱模式的电场接近于平行于二维材料，并且因此处于正确的取向以耦合到量子发射器。发射体和等离子体激元模式之间的相互作用导致增强的自发发射和增加的亮度。这种方法可以实现用于量子通信和光学量子计算中的应用的亮位点控制的非经典光源。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Coupling Quantum Emitters in WSe2 Monolayers to a Metal-Insulator-Metal Waveguide
将单光子发射器耦合到表面等离子体激元为芯片上量子光子学提供了通用的基础。然而，实现良好的耦合效率需要发射器相对于等离子体激元模式的位置和偶极取向两者的精确对准。我们演示了在2-D半导体，WSe 2自对准的银-空气-银，金属-绝缘体-金属波导中传播的表面等离子体激元的单发射器的耦合。波导在单层中产生应变引起的缺陷，其接近于表面等离子体激元模式，具有有利的偶极取向以用于最佳耦合。我们测量的平均增强率的自发发射的因素为1.89耦合的单缺陷的等离子体激元波导。这种结构提供了一种有效的方式耦合单光子发射器传播等离子体激元，这是实现芯片上的有源等离子体激元电路的重要一步。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
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
Quantum emitters coupled to surface plasmons of a nano-wire: A Green function approach
我们研究了一个系统，包括一个单一的，以及两个发射器强烈耦合到表面等离子体模式的纳米线使用格林函数的方法。显式表达式推导出的自发衰减率到等离子体模式和原子等离子体耦合以及等离子体介导的原子-原子耦合。现象由于存在的金属中的损失进行了讨论。在两个原子的情况下，我们观察到迪克子和超辐射导致他们的等离子体介导的相互作用。基于这一现象，我们提出了一种确定性双量子比特量子门的方案。我们还讨论了一个可能实现的有趣的多体哈密顿，如自旋玻色子模型，使用强发射极等离子体耦合。
2010-02-17 quant-ph
Collectively induced exceptional points of quantum emitters coupled to nanoparticle surface plasmons
由非厄米简并引起的例外点具有增强量子传感能力的潜力。因此，在不同的量子系统中找到例外点对于开发这种未来的传感设备至关重要。利用增强的光-物质相互作用在金属纳米颗粒表面上的封闭体积中，在这里，我们从理论上证明了在由量子发射器耦合到亚波长尺度的金属纳米颗粒组成的系统中存在例外点。通过使用分析量子电动力学的方法，例外点表现为一个强耦合效应的结果，并观察到在一个激烈的分裂原来合并的本征能。此外，我们表明，例外点也可以发生时，一些量子发射器集体耦合到局部表面等离子体的偶极模式。这样的量子集体效应不仅放松了对单个发射体的强耦合要求，而且还导致更稳定地产生例外点。此外，我们指出，例外点可以明确地揭示在功率谱。广义的信噪比，占功率谱中的频率分裂和系统的耗散，清楚地表明，耦合到纳米粒子的量子发射器的集合提供了更好的性能检测异常点，相比于单个量子发射器。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling of single quantum emitters to plasmons propagating on mechanically etched wires
我们证明了一个单一的氮空位中心在纳米金刚石的机械蚀刻银纳米线传播等离子体激元模式的耦合。通过原子力显微镜悬臂的尖端在单晶银纳米片上进行机械蚀刻，以产生具有预先设计长度的线。我们发现，单等离子体激元传播可以在这些线，从而使这些结构的量子信息处理的平台。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Surface plasmon polariton induced strong coherent superposition
一个强的相干叠加被示出的两个能级的发射体浸没在一个表面等离子体极化激元倏逝局限于一个小的金属环的能量状态之间的诱导。结果表明，在稳态下，即使表面等离子体激元驱动强度较弱，在较高或较低的能级中也有几乎相等的机会发现两能级发射体。这表明可以创建对发射体自发阻尼率具有鲁棒性的量子比特，这可以适用于设计可以执行某些量子信息处理任务的设备。在支持这一建议，光子统计的辐射被发现表现出显着的非经典功能。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Single-Emitter Gain Medium for Bright Coherent Radiation from a Plasmonic Nanoresonator
我们从理论上证明了相干纳米等离子体激元的产生和辐射由一个单一的三能级量子发射器上的等离子体激元纳米谐振器。通过泵浦拉曼配置中的三能级发射器，我们展示了一种途径，以实现宏观积累的纳米等离子体由于受激发射的纳米谐振器，尽管他们的快速弛豫。由于纳米谐振器的天线效应，该系统作为一个高效和明亮的纳米相干光源，具有数百太赫兹的光子发射率，可以在室温下以脉冲模式用固态发射器实现。我们提供的结果的物理解释，并讨论其实现和超紧凑的光电子集成的影响。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Correlations in emitters coupled to plasmonic waveguides
我们报告的量子，经典，和总的相关性在一组遥远的量子发射器耦合通过它们的相互作用与等离子体激元模式的一维波导驱动的外部激光场。发射体与等离子体模式的耦合及其对集体衰变率的影响表明，纠缠在量子比特动力学中并不起重要作用。相反，不和谐是重要的数量，应该作为一种资源加以利用。
2013-12-23 quant-ph
Plasmon-assisted quantum control of distant emitters
我们展示了如何产生和控制的相关性，在一组的两个遥远的量子发射器耦合到一个一维耗散等离子体波导。一个外部的激光场增强了二聚体的稳态相关性，并允许主动控制（开关）的非经典相关性。等离子体辅助偶极相互作用量子比特表现出持久的相关性，这反过来又可以解耦并使其相互独立地进化。该设置实现了长距离（$\sim 1\, μ$ m）量子位控制，其适用于谐振和失谐发射器。对于合适的发射极初始化，我们还表明，量子关联总是大于经典的。
2014-07-15 quant-ph
Analysis of a multi-mode plasmonic nano-laser with an inhomogeneous distribution of molecular emitters
推广Lamb的约化密度矩阵激光理论，分析了由金球和许多染料分子组成的等离子体纳米激光器中的非均匀分子耦合和模式关联。分子的不均匀性是通过模拟它们在球体周围的随机分布来解释的。我们的分析表明，为了获得激光，我们必须采用大量的强驱动分子来补偿等离子体激元模式的强阻尼。然而，紧凑的分子排列可以导致分子能量偏移，从而减少等离子体激元模式的激发，并最终表明任何特定系统的等离子体激元激发的最大极限。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Strong coupling between surface plasmon polaritons and emitters
在这篇综述中，我们看看的概念和国家的最先进的关于强耦合的表面等离子体极化激元模式与量子发射体，如激子在J-聚集体，染料分子和量子点的状态。我们探讨的现象，强耦合参考了一些涉及电磁场和物质的例子。然后，我们提供了一个简洁的描述表面等离子体激元的相关背景物理。广泛的历史背景的概述和最近的相关实验进展，表面等离子体激元和量子发射体之间的强耦合的详细讨论。三个概念框架，然后深入讨论和比较：经典，半经典和完全量子力学，这些理论框架将有相关的强耦合超出涉及表面等离子体激元。最后，我们对这个迅速崛起的领域的未来进行了展望，我们相信这个领域将发展到包含更多有趣的物理学，并将在范围上发展到与其他科学领域相关。
2014-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Strongly Modified Plasmon-Matter Interaction with Mesoscopic Quantum Emitters
半导体量子点（QD）在诸如光捕获、全固态量子通信和量子计算等新兴领域中提供了光与物质之间的重要联系。量子点是一种优良的单光子源，可以长时间存储量子比特，使其成为集成量子信息网络中光与物质之间的互连。为此，必须使用纳米光子结构（诸如光子晶体腔和波导或等离子体纳米线）来强烈增强光-物质相互作用强度。到目前为止，人们一直假设量子点可以像原子光子发射器一样处理，其中波函数的空间特性可以安全地忽略。在这里，我们证明了点发射器的量子点附近的等离子体纳米结构的描述打破。我们观察到，量子点可以激发等离子体激元8倍更有效地取决于他们的取向，由于他们的介观字符。无论是增强或抑制等离子体激元激发的速率观察到的等离子体激元纳米结构的几何形状完全符合一个新的理论。这一发现在原子系统中没有等效性，并为新型纳米光子器件铺平了道路，这些器件利用量子点的扩展尺寸作为增加光-物质相互作用强度的资源。
2010-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Correlated spontaneous emission of fluorescent emitters mediated by single plasmons
操纵荧光发射体的自发发射可以通过将发射体放置在纳米结构环境中来实现。特权点被等离子体结构占据，等离子体结构提供电磁场的强约束，这导致发射体-环境相互作用的增强。虽然等离子体纳米结构已被广泛利用来控制单光子发射器的发射特性，但执行量子发射器与等离子体之间的耦合构成了巨大的挑战。在这封信中，我们报告了实现这一目标的第一个关键步骤，通过观察单个CdSe/CdS/ZnS量子点表现出单光子统计和荧光纳米珠之间的相关发射位于微米分开。这通过将两个发射器耦合到银纳米线来实现。单等离子体激元在后者上从量子点产生，并转移能量以依次激发荧光纳米珠。
2016-09-30 physics.optics quant-ph
Microcavity-engineered plasmonic resonances for radiation enhancement and strong coupling of a quantum emitter
局域表面等离子体激元共振在基础物理和应用物理中对光场的亚波长限制具有重要意义，但强耗散使量子相干过程的实现面临挑战。在这里，我们建议工程师的电磁环境的金属纳米粒子（MNP）使用光学微腔。建立了描述MNP-微腔相互作用的量子解析模型，揭示了MNP-微腔相互作用显著增强的偶极辐射和相应降低的等离子体模欧姆耗散。因此，当与量子发射器相互作用时，微腔设计的MNP将量子产率提高了40倍以上，辐射功率提高了一个数量级以上。此外，该系统可以进入腔量子电动力学的强耦合区，为等离子体量子电动力学、量子信息处理、精密传感和光谱学的研究提供了一个很有前途的平台。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Strong coupling of single emitters to surface plasmons
我们提出了一种方法，使强大的，相干耦合之间的个别光发射器和电磁激发在导电纳米结构。激发是光学等离子体激元，其可以被定位到亚波长尺寸。在现实条件下，紧密的限制导致光发射几乎完全通过类似于腔量子电动力学的机制被引导到传播的等离子体模式中。我们首先说明这种结果的情况下的纳米线，在考虑优化的几何形状的纳米尖端。我们描述了这种技术的应用，涉及有效的单光子产生的需求，其中的等离子体激元有效地耦合到一个电介质波导。最后，我们分析了由于这些纳米结构的表面粗糙度增加散射的影响。
2006-03-24 quant-ph
Single-emitter plasmonic patch antennas are room-temperature deterministic single photon sources, which exhibit highly accelerated and directed single photon emission. However, for efficient operation these structures require three-dimensional nanoscale deterministic control of emitter positioning within the device, which is a demanding task, esp. when emitter damage during fabrication is a major concern. To overcome this limitation, our deterministic room-temperature in situ optical lithography protocol uses spatially modulated light to position a plasmonic structure non-destructively on any …
2021-10-14 physics.optics quant-ph
Two-dimensional transition metal di-chalcogenide semiconductors provide unique possibilities to investigate strongly confined excitonic physics and a plasmonic platform integrable to such materials constitutes a hybrid system that can be of interest to enable manipulation of their cumulative optical properties. Here we report tuning of excitonic emission from monolayer WSe2, mechanically exfoliated on top of a periodic two dimensional plasmonic array of elliptical gold (Au) nanodiscs. By exploiting the polarization-dependent nature of plasmonic resonance of the nano plasmonic array (NPA), the …
2022-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dicke Phase Transition in a Disordered Emitter-Graphene Plasmon System
我们研究了一个无序系统中的Dicke相变耦合到石墨烯单层的等离子体模式。该系统具有独特的性能与石墨烯表面等离子体的可调谐，耗散和宽带字符，以及由于随机的空间分布和不均匀的线宽加宽的发射器的无序。我们应用Keldysh泛函积分方法，并确定了正常相，超辐射相和自旋玻璃相的系统。这些阶段的条件和他们的实验签名进行了讨论。
2018-03-27 cond-mat.dis-nn quant-ph
Single plasmon transport in one dimensional nanowire
Université Bourgogne Europe, CNRS, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ICB UMR 6303（勃艮第欧洲大学，法国国家科学研究中心，勃艮第卡诺跨学科实验室）；Université Marie et Louis Pasteur, CNRS, Institut FEMTO-ST UMR 6174（玛丽和路易·巴斯德大学，法国国家科学研究中心，FEMTO-ST研究所）
提出统一理论框架，结合量子化电磁格林张量与有效非厄米哈密顿模型，研究一维纳米线中单等离激元输运，分析多发射器系统对反射透射谱的优化，实现低至2%的透射率和耦合损耗降低至三分之一。
2026-06-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable narrow band source via the strong coupling between optical emitter and nanowire surface plasmons
通过降低耦合到传播表面等离子体的二能级发射体的耦合强度，可以在一定程度上使谱宽变窄。但由于发射体的自发发射使光子损失到系统外，不能再进一步缩小宽度。本文提出了一种利用一维波导与三能级辐射源耦合的窄带光源的新方案。结果表明，反射谱宽度可以被缩小，避免了损失的影响。这种方法开辟了等离子体超窄单光子源的可能性。
2014-12-30 physics.optics quant-ph
Coupling single emitters to quantum plasmonic circuits
近年来，单光子发射体与传播的表面等离子体激元的受控耦合得到了广泛的研究，这是由纳米尺度平台上的巨大光子非线性的前景所推动的。本文综述了近年来单发射体与纳米线耦合的研究进展，以期构建一个新的光-物质强相互作用平台。对这种平台的控制可能会为纳米尺度的量子信息处理和量子传感以及超强耦合机制下的基础物理研究打开新的大门。
2016-04-04 physics.optics 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
Quantum plasmonics with N emitters: bright hybrid continuum selection
Université Bourgogne Europe（勃艮第欧洲大学）
本文研究了量子等离子体与多个量子发射体的相互作用，通过构建有效模型，展示了双连续谱与单混合连续谱的等效性，并揭示了其与宏观Langevin模型的一致性。
2026-04-23 quant-ph
Quantum Plasmonics with multi-emitters: Application to adiabatic control
我们构建模式选择有效的模型，描述的相互作用的N量子发射体（QE）与局部表面等离子体激元（LSP）支持的球形金属纳米粒子（MNP）在任意几何排列的QE。我们开发了一个通用的配方，在纳米系统的存在下的场响应可以分解成正交模式与球对称作为一个例子。我们应用该模型的背景下，量子信息，调查的可能性，使用的LSP作为调解人的有效控制两个QE之间的人口转移。我们表明，受激拉曼绝热通道配置允许这样的转移通过一个无消相干的暗态时，QE位于同一侧的MNP和非常接近它，而转移时，发射器被定位在MNP的相对两侧被阻止。我们解释这种封锁的破坏性叠加的所有相互作用的等离子体激元模式。
2017-11-07 quant-ph
Tunable giant Purcell enhancement of quantum light emitters by means of acoustic graphene plasmons
通过声学石墨烯等离子体实现量子光发射器的可调巨型普尔库效应，利用静电调制实现实时荧光增强。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Coupling emission from single localized defects in 2D semiconductor to surface plasmon polaritons
类原子发射体与表面等离子体激元的耦合提供了一条通向显著的光学非线性的路径，这在量子信息处理和量子网络中是必不可少的。大的耦合强度要求发射器在等离子体结构的表面附近的纳米级定位精度，这是具有挑战性的。我们证明了在钨二硒化物（WSe2）单层自对准的银纳米线的表面等离子体激元模式的单个局部缺陷的耦合。银纳米线在重叠区域处的单层上诱导应变梯度，导致形成固有地接近表面等离子体的局部缺陷发射位点。我们测量的耦合效率的下限为39%，从发射器到等离子体模式的银纳米线。该技术提供了一种实现等离子体结构与2D半导体的局部缺陷之间的有效耦合的方法。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmon Enhanced Quantum Properties of Single Photon Emitters with Hybrid Hexagonal Boron Nitride Silver Nanocube Systems
针对六方氮化硼单光子发射器量子效率低的问题，构建其与银纳米立方体的混合纳米光子结构，实现了室温下超200%的等离激元增强，为量子光通信与计算应用提供了紧凑平台。
2023-04-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid plasmonic nano-emitters with controlled single quantum emitter positioning on the local excitation field
基于量子点发射器（QD）和等离子体纳米天线的组合的混合等离子体纳米发射器在光的控制方面开辟了新的前景。然而，在纳米尺度上精确定位任何活性介质都是一个挑战。在这里，我们报告的天线的近场和活性介质的空间分布是通过等离子体激元触发的2-光子聚合的光敏制剂包含量子点控制的最佳重叠。金纳米粒子的各种几何形状被认为是。这些混合纳米发射器的响应被示出为对光偏振高度敏感。不同的光发射状态证明了光致发光测量。这些状态对应于激发局部场和活性介质分布之间的偏振敏感纳米级重叠。单体制剂内QD浓度的降低允许在Au颗粒附近捕获单个量子点。后者的对象显示在单光子制度的偏振相关的开关。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Spontaneous emission and collection efficiency enhancement of single emitters in diamond via plasmonic cavities and gratings
我们展示了一种基于等离子体孔径和光栅的方法，以提高金刚石中单个NV中心的辐射衰减率，同时提高其收集效率。我们的结构是基于金属谐振器周围的亚波长金刚石纳米柱与银膜，这可以提高嵌入的NV中心的自发发射率形成。然而，由于表面等离子体激元的损失和金刚石-空气界面处的反射，发射光子的收集效率仍然很低。在这项工作中，我们将光栅结构纳入等离子体腔系统，以减轻光子损失到这些通道。
2013-08-02 physics.optics quant-ph
Extreme multiexciton emission from deterministically assembled single emitter subwavelength plasmonic patch antennas
等离子体天线在纳米和量子技术中的许多应用中是有吸引力的光学结构。通过在纳米发射器和光之间提供增强的相互作用，它们有效地加速和引导自发发射。然而，一个挑战是发射器在结构中的精确纳米级定位。在这里，我们提出了一个激光蚀刻协议，确定性地定位一个单一的胶体CdSe/CdS核/壳量子点发射器内的亚波长等离子体贴片天线与三维纳米尺度控制。通过利用纳米级的金属-绝缘体-金属结构的特性，所制造的单发射器天线表现出极高的Purcell因子（>72）和70倍的亮度增强。由于俄歇过程的空前猝灭和多激子发射的强烈加速，单个量子点每个脉冲可以发射超过4个光子。我们的技术允许制造明亮的室温单发射源发射多个或单个光子。
2018-11-28 physics.optics quant-ph
Phonon-Enabled Collective Strong Coupling of Color Centers in a Plasmonic Cavity
Institute for Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）
本研究通过阴极发光和光致发光光谱，在室温下实现了六方氮化硼量子发射体与等离子体金空腔的集体强耦合，观察到振动跃迁与腔模的杂化分裂，为控制多量子发射体相互作用提供了新途径。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Vacuum Rabi splitting in a plasmonic cavity at the single quantum emitter limit
单个量子发射体与共振腔的强相互作用是理解光物质相互作用的基本兴趣。等离子体腔保持实现强耦合制度的承诺，即使在环境条件下和subdiffraction体积内。最近的实验揭示了单个等离子体结构和多个有机分子之间的强耦合，但到目前为止，在单个量子发射体的极限下的强耦合还没有报道。在这里，我们展示了真空拉比分裂，强耦合的表现，使用银蝴蝶结等离子体腔装载半导体量子点（QD）。在具有一到几个QD的单个蝴蝶结的散射光谱中观察到透明度下降，直接在它们的间隙中观察到。高达120毫电子伏的耦合率登记，甚至与一个单一的量子点，放置蝴蝶结量子点结构接近强耦合制度。这些观测结果得到了极化相关实验的验证和电磁计算的验证。
2016-05-03 physics.optics quant-ph
Coupling of a Single Quantum Emitter to End-to-end Aligned Silver Nanowires
我们报告的观察耦合一个单一的氮空位（NV）中心的纳米金刚石晶体的银纳米线的传播等离子体模式。将银纳米线放置在单个银纳米线的顶点附近或两个端对端对齐的银纳米线之间的间隙中。我们观察到增强的NV中心的衰减率在这两种情况下，作为耦合到等离子体激元的结果。这些器件是用扫描探针技术纳米组装的。通过模拟，我们表明，端到端对齐的银纳米线可以用作可控的分裂器从偶极发射器的发射。
2013-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mie plasmons: modes volumes, quality factors and coupling strengths (Purcell factor) to a dipolar emitter
使用准静态近似或精确的米氏展开，我们描述了局域表面等离子体支持的金属球形纳米粒子。我们估计品质因数$Q_n$并定义$n^{th}$模式的有效体积$V_n$，使得与邻近偶极发射极的耦合强度与比率$Q_n/V_n$（珀塞尔因子）成正比。焦耳损耗，远场散射和模式限制的耦合机制中的作用进行了介绍和讨论简单的物理理解，特别注意能量守恒。
2011-12-13 physics.optics quant-ph
Indistinguishablity from dephased emitters using combined plasmonic-dielectric cavities
Technical University Berlin（柏林工业大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文提出一种混合聚焦架构，利用等离子体纳米共振器和外介电腔实现去相位发射体的不可区分光子生成，通过降低腔体质量因子要求并提高光子收集效率。
2026-04-21 physics.optics quant-ph
Complex plasmon-exciton dynamics revealed through quantum dot light emission in a nanocavity
等离子体腔可以将电磁辐射限制到深亚波长范围。这有助于在单个量子发射体的极限处观察到强耦合现象。在这里，我们报告了一组广泛的测量等离子体腔托管一个到几个半导体量子点。散射光谱显示拉比分裂，表明这些设备是接近强耦合制度。使用Hanbury Brown和Twiss干涉法，我们观察到非经典发射，使我们能够直接确定每个设备中的发射器数量。光致发光光谱中令人惊讶的特征指向多个激发态的贡献。使用扩展的Jaynes Cummings哈密顿量的基础上的模型模拟，我们发现，量子点的暗态的参与解释了实验结果。因此，量子发射体与等离子体腔的耦合暴露了复杂的弛豫路径，并且作为控制量子态的动力学的非常规手段而出现。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Non-hermitian Hamiltonian description for quantum plasmonics: from dissipative dressed atom picture to Fano states
我们得到有效的哈密顿耦合到一个金属纳米粒子（MNP）的一个单一的偶极发射极与特别注意致力于损失的作用。对于小颗粒尺寸，吸收占主导地位，非厄米有效哈密顿描述的混合发射极-MNP纳米源的动态。我们讨论了弱耦合和强耦合系统的动力学，提供了一个简单的理解的能量交换，包括辐射和非辐射过程。我们定义了每个模式的等离子体激元Purcell因子。对于大的颗粒尺寸，辐射泄漏可以显着扰动耦合过程。我们提出了一个有效的Fano哈密顿量，包括等离子体激元泄漏，并讨论了与准正常模式描述的联系。我们还提出了林德布拉德方程的每一种情况下，并介绍了一个集体描述的Fano行为。
2019-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Integrated photonic circuits are an integral part of all-optical and on-chip quantum information processing and quantum computer. Deterministically integrated single-photon sources in nanoplasmonic circuits lead to densely packed scalable quantum logic circuits operating beyond the diffraction limit. Here, we report the coupling efficiency of single-photon sources to the plasmonic waveguide, characteristic transmission spectrum, propagation length, decay length, and plasmonic Purcell factor. We simulated the transmission spectrum to find the appropriate wavelength for various width of the diel…
2021-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theoretical Study of Plasmonic Lasing in Junctions with many Molecules
我们计算了由分子发射体激发的等离子体场的量子态，这些分子发射体是由与金属纳米粒子电极的电子交换驱动的。假设相同的发射器，集体耦合到等离子体激元模式，但否则受到独立的弛豫通道，我们表明，对称性约束的总系统密度矩阵意味着大幅减少的数值复杂性。因此，对于$N_{\text{m}}$三能级分子，我们可以用许多项来表示密度矩阵，这些项按比例缩放为$(N_{\rm m}+8)!/(8!N_{\rm m}!)$而不是$9^{N_{\text{m}}}$，这允许精确模拟高达$N_{\text{m}}=10$的分子。我们的模拟表明，许多发射体补偿强等离子体阻尼，并导致人口的高等离子体数的状态和等离子体场的线宽变窄。对于大的$N_{\text{m}}$，我们的精确结果再现的等离子体激元约化密度矩阵的基础上的近似方法。用这种方法，我们已经扩展到超过$50$分子的模拟，并表明，等离子体激元数态人口如下泊松分布。另一种方法的基础上的非线性速率方程的分子状态的人口和平均等离子体激元数也再现系统的主要激光特性。
2016-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantized fluctuational electrodynamics for three-dimensional plasmonic structures
我们最近介绍了一个量子化波动电动力学（QFED）的形式主义，提供了一个有效的位置相关的光子数运营商和相关的梯子运营商的物理深刻的定义。然而，到目前为止，该形式主义仅适用于平面结构中电磁场的垂直入射。在这项工作中，我们克服了一维QFED形式主义的主要限制，将模型扩展到三维，使我们能够使用QFED方法来研究，例如，等离子体结构为了证明所开发的形式主义的好处，我们将其应用于研究局部稳态光子数和场温度的发光近表面InGaN量子阱结构与金属涂层支持表面等离子体。
2017-02-10 quant-ph
On-chip excitation of single germanium-vacancies in nanodiamonds embedded in plasmonic waveguides
量子发射器在纳米级等离子体电路中的单片集成需要能够将光限制在远低于衍射极限的低损耗等离子体配置。我们展示了在芯片上远程激发纳米金刚石嵌入单量子发射器的等离子体模式的电介质脊顶部胶体银晶体。纳米金刚石被生产为包含单个锗空位（GeV）中心，提供适用于高度集成电路的明亮、光谱窄且稳定的单光子源。使用电子束光刻与氢硅倍半氧烷（HSQ）抗蚀剂，介电负载的表面等离子体激元波导（DLSPPWs）制造的单晶银板，以便包含那些被发现具有适当的单GeV中心的旋转铸造的纳米金刚石。低损耗等离子体配置使得532 nm泵浦激光能够在DLSPPW中在芯片上传播，并到达嵌入式纳米金刚石，其中包含单个GeV中心。远程GeV发射极由此被激发并耦合到空间受限的DLSPPW模式，由于约6倍的Purcell增强，约56%的耦合效率和约33 μm的传输长度，具有出色的品质因数180，揭示了我们的方法在芯片上实现纳米级功能量子器件的潜力。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Level shift and decay dynamics of a quantum emitter around plasmonic nanostructure
提出了一种计算任意纳米结构中发射体量子能级位移的一般方法，该方法中发射体的能级位移用散射光子格林函数（GF）的实部与光子GF的虚部在实频率范围内的简单积分之和表示，无需求主值.与直接在正频率轴上进行主值积分的方法和转移到虚频率轴上的方法相比，该方法避免了主值积分和虚频率散射GF的计算。此外，散射光子GF的频率范围要窄得多，足以得到收敛的结果。它是数值模拟的情况下，量子发射器（QE）位于周围的纳米球和间隙等离子体纳米腔。发射极的量子动力学计算采用了时域方法和频域方法，前者通过求解第二类Volterra积分形式的薛定谔方程，后者基于演化算符的格林函数表达式。结果表明，频域方法需要的散射GF的信息在一个更窄的频率范围内。此外，观察到可逆动力学。这些发现在相干光-物质相互作用领域具有指导意义。
2019-02-18 quant-ph
Weak and Strong coupling regimes in plasmonic-QED
本文提出了单模波导谐振腔中二能级发射体与表面等离子体激元相互作用的量子理论。基于格林函数的方法，我们开发的条件弱耦合和强耦合制度，考虑到耗散和退相干的来源：辐射和非辐射衰变，在发射器的内部损耗过程，以及在谐振器中的等离子体激元的传播和泄漏损失。该理论是支持几个量子发射器，GaAs和CdSe量子点和NV中心的数值计算与不同类型的谐振器构造的混合，圆柱形或楔形波导。我们进一步研究了温度和谐振腔长度的作用。假设现实的泄漏率，我们发现存在一个最佳的长度在强耦合是可能的。我们的计算表明，当在非常低的温度（<4K）下工作时，等离子体共振器中的强耦合机制在当前技术内是可访问的。在弱耦合区，我们的理论解释了最近的实验结果。通过进一步优化，我们发现NV中心在室温下具有超过1000的Purcell因子的高度增强的自发发射。最后讨论了量子非线性光学和等离激元-等离激元相互作用的应用。
2013-03-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Subradiant entanglement in plasmonic nanocavities
本文利用等离激元纳米腔的损耗特性在多个量子发射器间形成持续时间比等离激元激发长约100倍的亚辐射纠缠态，并建立了连接量子变量与消光截面的理论描述，为室温量子存储、通信和传感应用铺平道路。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coupling of deterministically activated quantum emitters in hexagonal boron nitride to plasmonic surface lattice resonances
本文提出一种可扩展耦合方法，使六方氮化硼中的色心系综与离域高品质等离激元表面晶格共振耦合，为室温单光子源及片上光子量子应用提供新平台。
2019-09-05 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Tailoring Light-Matter Interaction with a Nanoscale Plasmon Resonator
我们提出并证明了一种新的方法，实现强大的光与物质的相互作用与量子发射器。我们的方法利用等离子体共振器组成的无缺陷，高度结晶的银纳米线包围图案化的介质分布布拉格反射器（DBR）。这些谐振器具有比衍射极限低两个数量级的有效模体积（Veff）和接近100的品质因数（Q），使得能够在腔谐振处将自发发射率提高超过75倍。我们还表明，这些谐振器可以用来转换一个宽带量子发射器的窄带单光子源的颜色选择性发射增强。
2012-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum plasmonics extends cavity quantum electrodynamics (cQED) concepts to the nanoscale, taking benefit from the strongly subwavelength confinement of the plasmon modes supported by metal nanostructures. In this work, we describe in detail collective strong coupling to a plasmonic nanocavity. Similarities and differences to cQED are emphasized. We notably observe that the Rabi splitting can strongly deviate from the standard $\sqrt{N_e}ΔΩ_1$ law, where $N_e$ is the number of emitters and $ΔΩ_1$ the Rabi splitting for a single emitter. In addition, we discuss the collective Lamb shift and th…
2022-09-14 quant-ph
Non-Markovian dynamics in plasmon-induced spontaneous emission interference
我们从理论上研究了在金属纳米球附近简并V型量子发射体的非马尔可夫动力学，该系统由于各向异性Purcell效应而在自发发射中表现出量子干涉。我们数值计算的电磁格林张量，并采用有效模式微分方程方法计算的量子动力学的发射器人口，相对于共振频率和发射器的初始状态，以及它的距离从纳米球。我们发现，发射极人口的演变之间的逐渐总衰减和振荡人口动态相结合的部分衰减，强烈依赖于上述三个参数的具体值。在强耦合条件下，可以观察到相干布居俘获。我们比较了我们的精确结果与结果时，修改的金属纳米球真空的平坦连续近似。我们的结论是，平坦连续近似是一个很好的近似，只有当所研究的系统的谱密度的特点是非重叠的等离子体共振。
2017-01-16 quant-ph
We investigate the two-plasmon spontaneous decay of a quantum emitter near single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene-coated wires (GCWs). We demonstrate efficient, enhanced generation of two-plasmon entangled states in SWCNTs due to the strong coupling between tunable guided plasmons and the quantum emitter. We predict two-plasmon emission rates more than twelve orders of magnitude higher than in free-space, with average lifetimes of a few dozens of nanoseconds. Given their low dimensionality, these systems could be more efficient for generating and detecting entangled plasmons in co…
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
