Single-mode magnon-polariton lasing and amplification controlled by dissipative coupling
通过调节耗散耦合强度实现单模磁极子激光与放大，揭示了耗散耦合合作度在控制相变中的关键作用。
2025-11-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical transparency induced by a largely Purcell-enhanced quantum dot in a polarization-degenerate cavity
光学活性自旋系统耦合到具有高协同性的光子腔可以产生强的光-物质相互作用，这是量子网络的关键成分。但是获得用于量子信息处理的高协同性通常涉及使用光子晶体腔，其特征在于从自由空间的光学访问差，特别是对于自旋的相干控制所需的圆偏振光。在这里，我们展示了耦合与合作高达$8$的InAs/GaAs量子点的制造靶心腔，提供近简并和高斯偏振模式的有效的光学访问。我们观察到自发发射寿命的量子点短$80$ ps（$\approx 15$ Purcell增强）和$\approx 80\%$的光从腔体反射的透明度。利用光子开关的诱导透明性，同时相干地控制量子点自旋，可以有助于建立量子网络的持续努力。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
High cooperativity in coupled microwave resonator ferrimagnetic insulator hybrids
本文报道了掺镓钇铁石榴石中的交换耦合自旋与铌超导共面微波谐振腔之间的强耦合。测量的450 MHz的耦合率与交换耦合自旋数的平方根成比例，并且远远超过自旋系统的50 MHz的损耗率。这表明交换耦合系统适合于腔量子电动力学实验，同时由于其非常高的自旋密度而允许高集成密度。我们的研究结果还表明，多个交换耦合自旋系统通过一个单一的谐振器相互作用的实验是触手可及的。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
High cooperativity coupling of electron-spin ensembles to superconducting cavities
固体中的电子自旋是超导量子比特的量子存储器的有希望的候选者，因为它们可以具有长的相干时间，大的集体耦合，并且许多量子比特可以被编码为单个系综的自旋波。我们证明了电子自旋系综耦合到超导传输线谐振器的耦合强度大大超过腔衰减率和可比的自旋线宽。我们还使用增强的耦合所提供的小截面的传输线进行宽带光谱的红宝石在毫开尔文温度下，在低功率。此外，我们观察到金刚石P1心的超精细结构和自旋的时域饱和弛豫。
2010-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Strongly coupled magnons and cavity microwave photons
我们实现了一个腔磁振子-微波光子系统，其中磁偶极相互作用介导了亚铁磁体中大量自旋的集体运动与三维腔中微波场之间的强耦合。通过缩小腔体尺寸和增加自旋数，实现了超强耦合机制，协同度达到12600。有趣的动态功能，包括经典的拉比振荡，磁致透明，和珀塞尔效应证明在这个高度通用的平台，突出了其巨大的潜力，为相干信息处理。
2014-05-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with charge-controlled quantum dots coupled to a fiber Fabry-Perot cavity
我们证明了一个单一的自组装InGaAs量子点和外部光纤镜为基础的微腔之间的非微扰耦合。我们的研究结果扩展了以前实现的可调微腔，同时确保空间和光谱之间的重叠腔模式和发射器，同时允许确定性的量子点的电荷控制。利用共振光谱，我们表明，耦合量子点腔系统是在强耦合的开始，与合作的参数为2。我们的研究结果是实现高效率固态自旋光子界面的一个里程碑。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong Coupling Between P1 Diamond Impurity Centres and 3D Lumped Photonic Microwave Cavity
我们报道了一个独特的双柱凹腔，在金刚石中的N杂质（P1）中心和微波光子的合奏之间的强耦合。腔被设计成使得腔场的磁分量在空间上与电分量分离并且聚焦到安装金刚石样品的小体积中。该结构的新颖性同时允许高磁填充因子（38.4\%）和在低磁场下与金刚石中的过渡（例如NV $^{-}$和P1中心中的过渡）相互作用所需的低频率。耦合强度（或正常模式分裂）为51.42 MHz，实现与P1中心在6.18 GHz和220 mT的厘米级腔，与相应的协同因子为4.7。这种技术提供了一种替代的方式，具有一些显着的优点，耦合3D腔的过渡金刚石和实现应用程序所需的强耦合量子信息处理。
2014-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Strong magnon-photon coupling within a tunable cryogenic microwave cavity
实现强耦合的能力使得腔磁振子系统成为发展混合量子系统和研究物理学基本问题的令人兴奋的平台。不幸的是，目前的实验实现被限制在由微波腔的几何形状限定的单个频率下操作。在这篇文章中，我们实现了一个高度可调，低温，微波腔强耦合到磁自旋。该腔体可以在原位调谐高达1.5 GHz，约15%的原始10 GHz的谐振频率。此外，该系统在所有频率下都保持在强耦合状态，协同系数约为800。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Tunable phonon cavity coupling in graphene membranes
过去十年的一个主要成就是通过利用光学腔和机械谐振器之间的相互作用实现了宏观量子系统。在这些系统中，声子被相干地湮灭或被创造以换取光子。最近通过“声子腔”耦合也观察到了类似的现象--由固有材料非线性介导的单个系统模式之间的能量交换。到目前为止，这主要是在低温下工作的大块晶体、高品质因数（Q> 100，000）机械系统中得到证明。在这里，我们提出石墨烯作为一个理想的候选人，这种非线性力学的研究。这种材料的大弹性模量和经由静电力的空间对称性破缺的能力预期将产生丰富的非线性现象，包括可调谐的模间耦合。我们已经制造了圆形石墨烯膜，并报告了在室温下的强声子腔效应，尽管该系统的Q值适中（~100）。我们观察到放大到参数不稳定性（“机械激光”）和冷却的布朗运动的基本模式，通过激发腔边带。此外，我们的特点淬火这些参数的影响，在大的振动幅度，提供了一个窗口的全机械模拟腔光力学，这种效果的观察已被证明是难以捉摸的。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall
Resonantly Tunable Majorana Polariton in a Microwave Cavity
本文研究了微波谐振腔中一维Kitaev链的频谱。在非共振区，腔的频率偏移可以用来识别耦合系统的拓扑相变。在谐振状态下，系统的拓扑结构可以通过微波腔的占用来控制，而且，对于大量的光子（经典极限），物理学变得类似于磁驱动系统（Floquet绝缘体）。我们还数值分析了有限链，并显示存在的退化子空间的存在下，可以解释为一个\textit{Majorana polariton}的腔。
2012-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Tunable cavity-enhanced terahertz frequency-domain optical Hall effect
介绍了一种可调谐腔增强太赫兹频域光学霍尔效应技术的发展和演示。该腔由至少一个固定和一个可调谐法布里-珀罗谐振腔组成。该方法适用于增强具有平面平行界面的半透明导电层结构中由光学霍尔效应产生的光学特征。物理原理是电场分量的相长干涉，所述电场分量在多个光通过导电层堆叠时经历多个光学霍尔效应诱导的偏振旋转。调谐腔参数之一，例如外腔厚度，允许相长干涉的频率偏移，并且可以在大的光谱区域上获得由光学霍尔效应产生的光学特征的增强。腔调谐光学平台和气体流动池被用作利用调谐外部腔来增强反射太赫兹光束中的偏振变化的仪器的示例。永磁体用于提供必要的外部磁场。方便地，永磁体的高反射表面可用于产生可调谐外腔。信号增强允许提取薄膜的自由载流子特性，并且可以消除对昂贵的超导磁体的需要。此外，外腔的厚度建立了附加的独立测量条件，类似于例如磁场强度、太赫兹频率和入射角。作为例子，研究了高电子迁移率晶体管结构和外延石墨烯。我们讨论的理论背景，仪器设计，数据采集和数据分析程序。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum correlations and dissipative blockade of polaritons in a tunable fiber cavity
Institut für Quantenelektronik, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所）；Physikalisches Institut, Universität Bonn（波恩大学物理研究所）；Department of Physics, Universität Basel（巴塞尔大学物理系）；Univerité Paris-Saclay, UVSQ, CNRS, GEMaC（巴黎萨克雷大学、凡尔赛大学、法国国家科学研究中心、GEMaC）；Laboratorium für Festkörperphysik, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院固体物理实验室）
研究通过连续波共振激光激发测量光子相关性，揭示极子相互作用对腔-激子频差的强依赖性，并展示通过耗散阻塞机制实现强极子阻塞的实验结果。
2026-03-24 cond-mat.mes-hall
Tunable linear and quadratic optomechanical coupling for a tilted membrane within an optical cavity: theory and experiment
我们提出了一个实验研究的光学机械系统形成的振动薄半透明膜内的高精细光学腔。我们表明，光学腔模式和振动模式的膜之间的耦合可以通过改变膜的位置和方向进行调谐。特别是，我们证明了一个大的二次色散光机械耦合对应于避免交叉弱耦合在膜表面的散射光腔模式。用腔本征模的一阶微扰处理很好地解释了实验结果。
2011-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Remote sensing of a levitated superconductor with a flux-tunable microwave cavity
本文提出一种将SQUID嵌入微波腔并耦合磁悬浮超导球的机电系统，通过微波光谱表征并实现可调谐机电相互作用，位移灵敏度达10^{-7} m/√Hz，为毫开尔文温度下普朗克尺度质量粒子的基态冷却提供新途径。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polariton boxes in a tunable fiber cavity
半导体光子结构中的腔极化激元已经成为探索集成固态器件中量子流体非平衡动力学的实验平台。最近的几个实验表明，这些系统的潜力，揭示量子多体物理驱动耗散系统。到目前为止，所有的实验都依赖于完全集成的设备，几乎没有修改设备属性的灵活性。在这里，我们提出了一种新的方法，用于实现限制腔极化激元，使在原位调谐的腔长，从而极化激元的能量和寿命。我们的设置是基于一个多功能的半集成低温光纤腔平台，这使我们能够证明形成有限的极化激元（或极化激元盒）与前所未有的品质因数。在高泵浦功率下，我们观察到清晰的极化激元激光信号。在强约束条件下，光纤-腔系统可以观察到极化激元阻断效应。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent coupling of a single spin to microwave cavity photons
电子自旋和光子是互补的量子力学对象，可用于携带、操纵和转换量子信息。为了结合这些资源，期望实现单个自旋与存储在超导谐振器中的光子的相干耦合。利用一种基于纳米级自旋阀的电路设计，我们在保持自旋相干性的同时，相干地杂化了双量子点的各个自旋和电荷态。该方案使我们能够实现自旋光子耦合的MHz范围内的单自旋水平。实验结果表明，该体系的协同效应达到2.3，自旋相干时间约为60ns。因此，我们证明了一个介观器件适用于非破坏性的自旋读出和远程自旋耦合。
2015-09-13 cond-mat.mes-hall
Tunable Topological Phases in Multilayer Graphene Coupled to a Chiral Cavity
该研究分析手性 THz 腔中多层石墨烯的光–物质耦合，揭示腔频率与层间隧穿竞争引发的拓扑相变，并证明双层石墨烯中可通过位移场实现栅压可调的谷 Chern 到 Chern 绝缘体转变。
2025-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Highly Efficient Coupling of Nanolight Emitters to a Ultra-wide Tunable Nanofibre Cavity
固态微腔结合了超小模体积、宽范围谐振频率调谐以及与单模光纤的无损耦合，是纳米光子学和量子网络的不可或缺的工具。我们开发了一个集成系统，提供所有这三个不可或缺的属性。它由一个纳米光纤布拉格腔（NFBC）组成，模式体积小于1微立方米，在可见光波长下可重复调谐能力超过20 nm。为了证明量子光-物质相互作用，我们建立了量子点与我们的可调谐NFBC的耦合，并实现了2.7倍的发射增强。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Polaromechanics: cavity-magnon polaritons strongly coupled to phonons
本文提出一种新颖的极化力学混合系统，实现了极化激元与声子的三重强耦合，利用相干完美吸收将极化力学协同度提升至9.4×10^3，为多功能混合量子系统的构建和相干量子控制铺平了道路。
2025-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A tunable fiber Fabry-Perot cavity for hybrid optomechanics stabilized at 4 K
我们描述了一种用于在4K下实现混合光学机械系统的装置。该平台基于高精细度、微米级光纤法布里-珀罗腔，可使用压电定位器进行广泛调谐。机械谐振器可以通过第二组定位器以中间物体配置定位在腔内。通过刚性机械设计、被动隔振和集成可重构数字滤波器的主动Pound-Drever-Hall反馈锁的组合，在不牺牲性能或可调谐性的情况下实现了高水平的稳定性。腔长的稳定性被证明是优于几个皮米在许多小时内在室温和4 K。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
A spin-photon interface using charge-tunable quantum dots strongly coupled to a cavity
含有电子或空穴自旋的带电量子点是适用于量子网络和分布式量子计算的明亮固态量子比特。将这种量子点自旋引入光子晶体腔中产生强自旋-光子界面，其中自旋可以通过调制腔反射系数来控制光子。然而，先前对这种自旋光子界面的演示依赖于由附近杂质随机充电的量子点，导致电荷状态的不稳定性，这导致腔反射率的对比度差。在这里，我们展示了一个强大的自旋光子接口使用量子点，是确定性地与二极管结构的充电。通过在光子晶体谐振腔中引入这种主动带电的量子点，我们实现了腔模和量子点的负电荷态之间的强耦合。此外，通过初始化的自旋，通过光泵浦，我们显示出强烈的自旋相关的调制腔的反射率，对应于12的协同。这种自旋相关的反射率对于使用光子介导自旋之间的纠缠以及产生用于量子网络和分布式量子计算中的应用的强光子-光子相互作用是重要的。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable anharmonicity in cavity optomechanics in the unresolved sideband regime
针对纳米力学中引入可控强非简谐性的挑战，本文提出在未分辨边带区通过精确调谐腔光力学系统参数，使机械振荡器产生纯四次有效势，并从理论与数值上预测了机械非简谐性在位移谱和腔光场中的可测量印记。
2025-05-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of tunable topological polaritons in a cavity waveguide
该研究在金属腔波导中嵌入微波螺旋谐振器二聚化链，通过改变腔宽调谐光-物质耦合，实验观测到可调谐拓扑极化激元及含三个临界点的新型拓扑相变。
2024-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Parametric resonance in tunable superconducting cavities
我们发展了一个超导可调谐腔的参量共振理论。考虑了由SQUID附加到腔体引入的非线性，以及由于腔体连接到传输线而引起的阻尼。我们详细研究了腔场的非线性经典动力学的参数阈值以下和以上的退化参数共振，具有制度的多稳定性和参数辐射。我们调查的相敏放大的外部信号的谐振，以及放大失谐的信号，并与放大器的性能的线性参量放大器。我们还讨论了该器件在色散量子比特读出中的应用。除了腔的经典响应之外，我们还研究了放大的经典信号周围的小量子涨落。我们评估的噪声功率谱都在腔中的内部场和输出场。其他量子统计特性的噪声解决，如压缩谱，二阶相干性，和双模纠缠。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gain-tunable optomechanical cooling in a laser cavity
本文研究了含有光学增益介质的腔-光机系统中腔镜的光学冷却。我们发现，在阈值以上，非相干泵浦激光的光学阻尼率是非常小的。然而，在存在外部相干驱动的情况下，相对于无源腔的光学阻尼率，光学阻尼率可以显著增强。我们表明，强度的非相干泵提供了一个管道，以调整阻尼率和最低可达到的声子数与相同的辐射压力，后者可以降低从被动腔，如果热的贡献是不可忽略的。我们还表明，该系统可以经历一个过渡，从弱光机耦合制度的强光机耦合制度作为非相干泵浦强度的变化。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity magnomechanics with surface acoustic waves
磁振子即自旋波是铁磁体中的集体自旋激发，通过与其他激发的耦合控制磁振子是未来混合自旋电子器件的关键技术。虽然强耦合已被证明与微波光子结构，允许高密度集成和最小化的电磁串扰的替代方法是必需的。在这里，我们报告了一个平面腔磁力系统，其中的表面声波腔提高空间和频谱功率密度，从而实现在室温下的磁振子-声子耦合。自旋波共振的激发涉及到显著的声功率吸收，而集体自旋运动则对腔动力学施加反作用力。腔频率和质量因子被反作用效应显著地改变，并且由此产生的协同比超过1，这表明磁振子和声子之间的相干相互作用。芯片级磁力系统的演示为开发用于经典和量子应用的新型自旋声学技术铺平了道路。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Nonlinear Charge- and Flux-Tunable Cavity Derived from an Embedded Cooper Pair Transistor
我们介绍了腔嵌入式库珀对晶体管（cCPT），一个设备，它的行为作为一个高度非线性的微波腔，其谐振频率可以通过充电的栅极电容器和线程通量通过SQUID环调谐。我们描述了这种设备，并找到良好的理论和实验之间的协议。这种表征中的关键困难是存在与腔线宽规模相当的频率波动，其根据最近的理论预测使我们测量的谐振圆变形[Brock等人，应用物理修订版14，054026（2020）]。通过测量这些频率波动的功率谱密度在参数空间中仔细选择的点，我们发现，它们主要是一个结果的$1/f$电荷和磁通噪声常见的固态设备。值得注意的是，我们还观察到的频率波动引起的量子涨落在腔场通过克尔非线性的关键签名。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Waveguide cavity optomagnonics for broadband multimode microwave-to-optics conversion
腔光磁学已经成为研究相干光子-自旋相互作用以及可调谐微波-光转换的一个很有前途的平台。然而，当前在亚铁磁晶体中实现的腔光磁器件在体积上仍然比现有技术的腔光机械器件大几个数量级，导致非常有限的磁光相互作用强度。在这里，我们展示了一种基于集成波导的腔体光磁器件及其在微波-光转换中的应用。通过设计一个亚铁磁脊形波导，以支持多个磁振子模式与最大模式重叠的光场，我们实现了高的磁光协同性，这是三个数量级以上的抛光YIG球上获得的先前记录相比。此外，我们实现了可调谐转换的微波光子在8.45 GHz左右的1550 nm的光与宽转换带宽高达16.1 MHz。该系统的独特功能在量子光学和磁振子之间的交叉点的新应用。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable single photon emission from dipolaritons
我们研究了一个由嵌入微柱光学腔中的双量子阱组成的系统，在该系统中实现了直接激子、间接激子和腔光子之间的强耦合。我们表明，由此产生的混合准粒子-偶极激元-可以诱导强的光子关联，并导致反聚束行为的腔输出场。观察到的单光子发射的起源归因于非常规光子阻塞。此外，我们发现，二阶等时间关联函数$g^{(2)}(0)$可以在很大的范围内使用一个电场施加到该结构，或改变泵浦的频率进行调谐。这允许对腔输出特性的飞行控制，并且对于可调谐单光子发射源的未来一代是重要的。
2014-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamical Lamb Effect in a Tunable Superconducting Qubit-Cavity System
将自然原子置于含时腔中，由于与量子化光子模的相互作用，原子可以被参量激发。这样一个过程的通道之一是动态兰姆效应，诱导的原子能级兰姆位移的非绝热调制。然而，在自然原子的实验中，很难将这种效应与原子激发的其他机制分开。我们指出，与超导量子比特（人造宏观原子）耦合的传输线腔为观察动力学兰姆效应提供了一个独特的平台。一个关键的想法是利用一个动态可调的量子位谐振器耦合，这是最近实现的。通过非绝热地改变耦合，即使腔最初是空的，也可以通过兰姆位移的非绝热调制来参数化地激发量子比特。在具有时变耦合常数的Rabi模型中，超越旋转波近似，研究了这样一个耦合系统的动力学。提出了一种有效的方法，通过周期性和非绝热开关的量子比特谐振器耦合能量来增加效果。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Tunable photonic cavity coupled to a voltage-biased double quantum dot system: Diagrammatic NEGF approach
采用Keldysh非平衡格林函数方法，研究了具有任意强点-铅耦合和类Holstein光-物质相互作用的双量子点微波光子谐振腔的增益.我们计算了腔的非平衡性质：它的传输，相位响应，平均光子数，功率谱和谱函数。我们表明，这些混合轻物质系统的精心设计，可以实现一个显着的放大的光信号与电压偏置的电子系统作为增益介质。我们还研究了整个设备的稳态电流，确定弹性和非弹性隧穿过程，其中涉及腔模式。我们的研究结果显示了如何利用量子电子学的最新进展来构建混合光物质系统，该系统表现为单原子放大器和光子源设备。图解Keldysh方法主要讨论了腔耦合双量子点架构，但它是可推广到其他混合光物质系统。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Cavity-QED of a quantum metamaterial with tunable disorder
我们在实验上探索了一种基于超导芯片的量子超材料，该超导芯片具有25个频率可调的transmon量子比特，耦合到一个共面谐振器。集体亮模式和暗模式通过微波响应来探测，即，通过测量外部微波信号的传输幅度。所有量子位都有单独的控制和读出线。它们的频率可调谐性允许改变共振耦合量子比特的数量N，并且还可以在它们的激发频率中引入具有预先分配的分布的无序。随着N的增加，我们证明了预期的$N^{1/2}$标度律的能隙（拉比分裂）之间的明亮模式的腔频率。通过引入一个可控的混乱和平均的传输幅度超过了大量的实现，我们证明了一个衰减的介观波动，模仿接近热力学极限。当单个量子位耦合到腔的强度超过无序强度时，集体亮态在无序存在下存活。
2022-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
