液晶调控石墟烯 (WS2) 超表面强耦合：向可重构量子光子学的突破
光学
2025-07-28 v1 软凝聚态物质
摘要
二维材料中强光-物质相互作用因其在非线性光学和量子光子学中的潜力而备受广泛关注。过渡金属硫化物 (TMDCs) 因其稳健的激子响应，成为探索这些相互作用的理想材料。然而，如何调控这种强耦合以实现可调的量子和非线性发射，仍有待深入研究。本研究提出一种新方法，利用液晶 (LC) 作为可调介质来调制 TMDC 激子与光子模式之间的强耦合，从而实现可调的量子发射。LC 具备高双折射率和各向异性光学特性，可通过外部刺激（如电场或温度变化）进行动态调节。通过将 TMDC 嵌入 LC 环境并耦合至光子准束态在连续谱中的准极限 (quasi-BIC)，我们演示了对激子-光子相互作用的精确控制。LC 的取向由施加的外部场决定，直接影响耦合强度，从而实现激子极化子态和拉比分割的实时调制。本系统在空气中表现出 182.5 meV 的拉比分割能，在不同 LC 取向下分别为 139、153.7 和 131 meV。此外，零延迟处计算的二阶自相关函数值为 g^{(2)}(0) = 0.89，表明光子呈反包围，确认了发射的量子本质。我们的发现建立了一个灵活的平台，使得 TMDC 与 LC 协同工作，实现电可控的强耦合，为下一代量子光子器件提供了可扩展且响应迅速的架构。
引用
@article{arxiv.2507.18907,
title = {Liquid crystal based tailoring of strong coupling in \ch{WS2} metasurfaces: towards reconfigurable quantum photonics},
author = {Anu Koviloor Manian and Jayasri Dontabhaktuni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.18907},
year = {2025}
}