纳米粒子异二聚体的双稳态光学响应：机制、相图与切换时间

我们对由紧密排列的半导体量子点和金属纳米粒子组成的纳米粒子异二聚体的双稳态光学响应进行了理论研究。该响应的双稳态特性源于量子点的光学非线性及其由金属纳米粒子的存在而产生的自作用（反馈）之间的相互作用。我们表明，该反馈由一个复值耦合参数 $G$ 控制。$G$ 的实部和虚部（$G_\mathrm{R}$ 和 $G_\mathrm{I}$）在双稳态的出现中均起重要作用，这表现为量子点激发态布居数对外场强度的 S 型依赖关系以及布居数的滞后。根据我们的计算，我们发现在 $G_\mathrm{R} = 0$ 时，发生双稳态的临界值为 $G_\mathrm{I} = 8\Gamma$，而在 $G_\mathrm{I} = 0$ 时，临界值为 $G_\mathrm{R} = 4\Gamma$，其中 $\Gamma$ 为极化退相干率。因此，存在两种不同的（极限）双稳态机制，取决于 $G_\mathrm{R}$ 远大于还是远小于 $G_\mathrm{I}$。我们还计算了系统参数空间内的双稳态相图：该空间由 $G_\mathrm{R}$、$G_\mathrm{I}$ 和 $\Delta$ 张成，其中 $\Delta$ 为驱动频率与量子点跃迁频率之间的失谐。此外，作为驱动场强度函数的从下稳定分支到上稳定分支（反之亦然）的切换时间也被计算。我们证明，发生双稳态的条件是可以实现的，例如，对于由紧密排列的 CdSe（或 CdSe/ZnSe）量子点和金纳米球组成的异二聚体。