論文の概要: Enhanced coherent light-matter interaction and room-temperature quantum yield of plasmonic resonances engineered by a chiral exceptional point

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.04239v1
• Date: Tue, 8 Aug 2023 13:10:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-09 12:57:13.727877
• Title: Enhanced coherent light-matter interaction and room-temperature quantum yield of plasmonic resonances engineered by a chiral exceptional point
• Title（参考訳）: キラル特異点を用いたプラズマ共鳴のコヒーレント光-マター相互作用の増強と室温量子収率
• Authors: Yuwei Lu, Haoxiang Jiang, Renming Liu
• Abstract要約: 我々は、キラルな例外点(CEP)で作動するフォトニックキャビティと統合することにより、プラズモン共鳴の局所状態密度(LDOS)を調整することを提案する。 量子化された数モード理論を用いて、提案されたハイブリッドキャビティのLDOSが、次数の線形幅を狭めることで、サブツリアンラインシェイプに進化できることを明らかにする。 これにより、偏光状態の散逸が減少すると共に、コヒーレントな光-物質相互作用が強化される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.074267520911262
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Strong dissipation of plasmonic resonances is detrimental to quantum manipulation. To enhance the quantum coherence, we propose to tailor the local density of states (LDOS) of plasmonic resonances by integrating with a photonic cavity operating at a chiral exceptional point (CEP), where the phase of light field can offer a new degree of freedom to flexibly manipulate the quantum states. A quantized few-mode theory is employed to reveal that the LDOS of the proposed hybrid cavity can evolve into sub-Lorentzian lineshape, with order-of-magnitude linewidth narrowing and additionally a maximum of eightfold enhancement compared to the usual plasmonic-photonic cavity without CEP. This results in the enhanced coherent light-matter interaction accompanied by the reduced dissipation of polaritonic states. Furthermore, a scattering theory based on eigenmode decomposition is present to elucidate two mechanisms responsible for the significant improvement of quantum yield at CEP, the reduction of plasmonic absorption by the Fano interference and the enhancement of cavity radiation through the superscattering. Importantly, we find the latter allows achieving a near-unity quantum yield at room temperature; in return, high quantum yield is beneficial to experimentally verify the enhanced LDOS at CEP by measuring the fluorescence lifetime of a quantum emitter. Therefore, our work demonstrates that the plasmonic resonances in CEP-engineered environment can serve as a promising platform for exploring the quantum states control by virtue of the non-Hermiticity of open optical resonators and building the high-performance quantum devices for sensing, spectroscopy, quantum information processing and quantum computing.
• Abstract（参考訳）: プラズモニック共鳴の強い消散は量子操作に有害である。 量子コヒーレンスを高めるために,光磁場の位相が量子状態を柔軟に操作する新しい自由度を提供するキラル例外点(CEP)で作動するフォトニックキャビティを統合することにより,プラズモン共鳴の局所状態密度(LDOS)を調整することを提案する。 量子化数モード理論を用いて,提案するハイブリッドキャビティのldosが,cepを伴わない通常のプラズモニック・フォトニックキャビティと比較して最大8倍のエンハンスメントとマグニチュード・オブ・マグニチュード・ライン幅の狭さを伴うサブロレンツ型に進化できることを明らかにした。 これにより、偏光状態の散逸が減少すると共にコヒーレントな光-物質相互作用が強化される。 さらに,cepにおける量子収率の大幅な向上,ファノ干渉によるプラズモニック吸収の低減,スーパー散乱によるキャビティ放射の増大の2つのメカニズムを明らかにするために,固有モード分解に基づく散乱理論が存在する。 また,cepにおける高量子収率は,量子エミッタの蛍光寿命を測定することで,cepにおける拡張ldosの実験的検証に有用であることがわかった。 そこで本研究では,CEPを用いた環境下でのプラズマ共鳴が,オープン光共振器の非ハーモニティ性を利用して量子状態制御を探索し,センサ,分光,量子情報処理,量子コンピューティングのための高性能な量子デバイスを構築する上で,有望なプラットフォームとなることを示す。

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