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量子发射体与纳米粒子表面等离激元耦合集体诱导的异常点

DOI：10.1103/PhysRevA.101.013814 期刊：Physical Review A 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 由非厄米简并性产生的异常点有望增强量子传感能力。因此，在不同量子系统中寻找异常点对开发此类未来传感器件至关重要。本文利用金属纳米粒子表面受限空间内增强的光-物质相互作用，从理论上证明了一个由量子发射体与亚波长尺度金属纳米粒子耦合构成的系统中存在异常点。通过解析量子电动力学方法，异常点表现为强耦合效应的结果，并可通过原本简并的本征能级发生剧烈分裂来进行观测。我们进一步表明，当多个量子发射体集体耦合到局域表面等离激元的偶极模式时也会出现异常点。这种量子集体效应不仅降低了对单个发射体的强耦合要求，还能更稳定地产生异常点。此外，我们指出异常点可在功率谱中明确显现。一个综合考虑功率谱频率分裂和系统耗散的广义信噪比显示：与单个量子发射体相比，耦合到纳米粒子的量子发射体集合在检测异常点方面具有更优性能。
作者： Po-Chen Kuo，Neill Lambert，Adam Miranowicz，Hong-Bin Chen，Guang-Yin Chen，Yueh-Nan Chen，Franco Nori
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研究目的

研究由量子发射体与金属纳米颗粒耦合构成的系统中异常点的存在性及其检测方法，并探索这些系统在量子传感应用中的潜力。

研究成果

该研究从理论上证明了量子发射体-金属纳米粒子系统中存在异常点，表明多个量子发射体与纳米粒子的集体耦合可以降低对单个发射体的强耦合要求，并增强异常点的稳定性。通过对功率谱和信噪比的分析表明，此类系统在检测异常点方面具有更优性能，显示出其在先进量子传感应用中的潜力。

研究不足

该研究属于理论层面，实际实施可能面临诸多挑战，例如对量子发射器与纳米粒子之间距离的精确控制，以及环境因素对系统性能的影响。

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