固态腔量子电动力学体系的调控与应用

题  目：固态腔量子电动力学体系的调控与应用

报告人：许秀来研究员

主持人：张诗按教授

时  间：2020年10月16日  上午9:00

地  点：闵行校区光学大楼B325会议室

报告人简介：

许秀来，中国科学院物理研究所研究员、课题组长。2005年于剑桥大学卡文迪许实验室获得博士学位，随后在日立剑桥实验室先后担任博士后研究员、终身研究员和高级研究员，同时兼任剑桥大学Clare Hall学院的Research Fellow。2011年入选中国科学院“人才引进计划”。主要研究半导体纳米体系的低维光电物理与器件，探索其在量子信息处理与自旋电子学中的应用。在Nature Physics, Physical Review Letters, Nano Letters, Light: Science & Applications和Laser & Photonics Review等杂志发表文章100余篇。英国物理学会会士。

报告内容简介：

基于半导体量子点的光子晶体微腔-量子点耦合系统具有较小的衰减、较小的模式体积以及可以片上集成等优点，为实现固态量子光学网络提供了理想的平台。目前，利用光子晶体微腔与量子点已经实现了微腔与量子点能级的单光子Rabi振荡，但是由于耦合强度低以及量子点的双激子束缚能较大，其向多光子体系的扩展进程缓慢，因此提升耦合系统的性能一直是该领域的重点研究方向。为了提高耦合强度，降低双激子束缚能，我们设计并生长了尺寸较大，密度较低的量子点样品，并通过优化光子晶体微腔的结构设计以及微加工制备工艺，得到了具有Q值高达12000的光子晶体微腔。利用其实现了量子点能级与微腔的共振，并观测到了单个量子点中激子和双激子态与微腔的强耦合，耦合强度高达130 ，实现了双光子Rabi劈裂。随后，为实现微腔-量子点耦合系统中耦合强度的增益与高效调控，我们提出并设计了微腔-p-shell量子点的耦合系统，并首次在实验上观测到了单个量子点中p-shell能级激子与微腔的强耦合。同时在非偶极近似下，通过磁场调控量子点波函数，实现了对系统耦合强度的增益（耦合强度高达210 ）与调控，对实现可控量子光学网络、量子计算有着重要的意义。

进一步为了提高微腔的鲁棒性，我们利用二阶拓扑光子晶体上的拓扑角态实现了低阈值的拓扑激光，并通过与单量子点集成实现了单量子点与拓扑角态的弱耦合。基于拓扑角态，我们设计并优化了二维拓扑光子晶体微腔，它具有高品质因子和低模式体积。在实验上，一方面我们利用具有高点密度的量子点作为增益，实现了低阈值的拓扑激光，其阈值约为1μW，比目前利用拓扑边界态的拓扑激光小三个数量级，为纳米拓扑光学器件的发展和片上集成奠定了基础。另一方面，我们将拓扑微腔与低点密度的量子点集成，观测到单量子点共振时荧光强度增强了约4倍，同时通过测量荧光寿命观测到了自发辐射速率约1.3倍的增强，从而证实了单量子点与拓扑角态的弱耦合，为之后研究拓扑量子光学界面打下了基础。