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“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体在介观光学研究中继续获得重要进展

 继本月在一个非对称T型狭缝结构单元中观察到表面等离激元类电磁感应透明现象之后,“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体龚旗煌教授、古英副教授和研究生发现了在表面等离激元结构诱导的亚波长尺度各向异性Purcell系数下的原子自发辐射谱线的变窄。论文于2012年4月18日发表在重要刊物Nano Letters(Ying Gu, Luojia Wang, Pan Ren, Junxiang Zhang, Tiancai Zhang, Olivier J. F. Martin, and Qihuang Gong, Surface-Plasmon-Induced Modification on the Spontaneous Emission Spectrum via Subwavelength-Confined Anisotropic Purcell Factor, http://dx.doi.org/10.1021/nl300655n)。本工作合作者还包括山西大学和瑞士EPFL的研究人员。

 纳米技术的发展使得在纳米尺度上光和物质的相互作用研究成为焦点,并可能用于解决目前信息科技中器件的小型化问题。近年来,由纳米金属结构内部的自由电子的集体振荡模式而形成的表面等离激元受到关注。本工作利用纳米金属结构的表面等离激元诱导的各向异性的Purcell系数和量子干涉原理的结合,提出了各向异性Purcell系数下四能级原子中自发辐射谱线线宽的控制机理。作为原理的证实及其在表面等离激元结构中的应用,发现了限制在亚波长尺度内的表面等离激元结构诱导的各向异性Purcell系数导致的纳米金属线附近的谱线变窄、周期性纳米金属结构中的谱线由窄到宽的线宽“脉动”(下图)、以及共振的纳米金属结构中的谱线线宽剧烈变化。这种纳米金属结构和量子的联合体系将会在有源、超紧凑的纳米器件中有一定的应用。

表面等离激元周期性结构在纳米尺度上对原子自发辐射光谱线宽的周期性调制

  审稿人指出本研究工作“目前正处在一个流行的活跃的研究方向上(This is a popular and active research direction at this moment.)”,并且“架起了量子光学和拥有纳米结构的表面等离激元光学的桥梁(The paper bridges the fields of quantum optics and plasmonics that is useful for the field of nanostructures.)”。

  研究工作得到国家自然科学基金委“创新研究群体”项目、基金委重大研究计划“培育”项目、科技部973项目和介观物理国家重点实验室自主课题等的资助。

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