物理与电子学院刘仁明教授团队在等离激元-激子室温强耦合研讨中获得重要发展

　　近来，我校物理与电子学院黄河学者刘仁明教授团队与中山大学等单位协作，在等离激元-激子室温强耦合调控方面获得系列研讨发展，相关效果宣布在《Physical Review Letters》《Nano Letters》和《Science China-Physics, Mechanics & Astronomy》等世界威望期刊。

　　等离激元-单辐射子强耦合为室温单光子水平制备和操作量子态供给了或许，其在室温量子信息处理范畴具有宽广的使用远景。但是，等离激元共振的巨大损耗使其与单辐射子强耦合非常低效（当时其成功率仅~1%），严峻阻止其实践使用。为打破这一瓶颈，刘仁明教授与中山大学王雪华教授团队协作，奇妙使用走漏型Fabry-Perot（F-P）光学介质微腔来规划金属等离激元谐振腔地点的电磁环境，成功将单个金属纳米颗粒等离激元共振衰减线，完成其与激子线宽的较好匹配；在降低一级离激元共振损耗的一起，协同调理等离激元-单激子耦合体系量子奇特点临界耦合强度，大幅度的增加了耦合体系能级劈裂宽度并降低了耦合体系衰减线宽。凭借光学介质微腔较低损耗电磁环境规划，在常温、常压条件下完成了等离激元-单激子强耦协效果，并将其成功率由当时的~1%大幅度进步至~80%。

　　完成确定性单激子与单纳米颗粒光子模的室温量子强耦合是一个没有处理的难题。为处理这一问题，刘仁明教授与中山大学王雪华教授团队协作，使用分子耦连技能和光照光力招引原理将单个壳层量子点链接到单金纳米棒端部电场最强的热门方位。当该耦合体系与碳薄膜衬底构成“楔形腔”构型时，光场可以被愈加有效地“拉入”并局域在量子点激子地点的壳层，明显地增强激子与光子的彼此效果、然后战胜室温下的巨大耗散。结合暗场散射光学丈量与冷冻电镜断层成像技能，承认在常温常压下完成了单量子点与单个金属纳米棒光子模的量子强耦合，观测到了迄今为止单激子强耦合体系散射光谱的最大Rabi劈裂（~234 meV），为规模化制备室温固态单量子比特拓荒了一条可行的途径。

　　该效果以“Room-Temperature Strong Coupling Between a Single Quantum Dot and a Single Plasmonic Nanoparticle”为题宣布在《Nano Letters》期刊。中山大学李筠瑜博士和李威博士为一起榜首作者，河南大学刘仁明教授和中山大学王雪华教授为一起通讯作者。上述作业得到了国家要点研制方案、广东省要点范畴研制方案、国家自然科学基金委等项目和河南大学的支撑。

　　等离激元-激子强耦协效果的研讨中大多根据单一激子态，强耦协效果所发生的杂化态（量子比特态）只要两个，难以满意根据多量子比特的量子信息处理需求。由此，进一步研讨和开发等离激元与多个不同激子态之间的强耦协效果理论模型及试验渠道很重要。刘仁明教授团队在理论研讨基础上（Phys. Rev. B 103, 235430 (2021)），综合使用格林函数、海森堡运动方程及数值核算等办法构建了等离激元与多个不同激子态之间强耦协效果的量子力学理论模型，完成了对等离激元-多个不同激子态强耦合体系吸收光谱呼应、能量色散联系等根本特点的精确描绘。一起，选用静电拼装技能制备了/ J-aggregates杂化体系，在试验上成功展现了等离激元与三个不同激子态的室温强耦协效果，并使用飞秒激光超快泵浦-勘探技能研讨了该强耦合体系的瞬态吸收特性。研讨之后发现，强耦协效果所发生的杂化态与金属纳米谐振腔的声学声子振动之间具有彼此调控效果。相关研讨不仅为根据等离激元共振研讨多模杂化及多量子比特控制供给了有力的理论东西，一起也为根据等离激元-多激子态强耦协效果研讨超快能量传递、开发超快等离激元及声子器材等供给了杰出渠道。

　　相关研讨效果以“Strong coupling between a plasmon mode and multiple different exciton states”为题宣布在《Science China-Physics, Mechanics & Astronomy》期刊上。河南大学物理与电子学院硕士研讨生叶俊均、博士研讨生潘亚涛和广东技能师范大学刘光芒博士为一起榜首作者，河南大学刘仁明教授、冉霞教授和郭立俊教授为一起通讯作者，河南大学为榜首署名单位。上述作业得到了国家自然科学基金项目、河南大学的支撑。