形状与体积可控单量子点中的超辐射：实现芯片光子网络
介观与纳米尺度物理
2025-07-14 v2 材料科学
量子物理
摘要
芯片光子网络需要充分的空间有序物质-光子相互转换量子子源，其发射指标需满足网络实现所需功能响应的要求。最近已证明，mesa 顶部单量子点(MTSQDs)能够满足这些要求。支撑这些独特量子发射器实现的基质编码尺寸减小 epitaxy(SESRE)方法允许对这些 epitaxial 单量子点的形状、尺寸和应变(匹配晶格或不匹配晶格)进行控制。我们利用 MTSQDs 的这一独特特性，可可靠地创建表现出单光子超辐射的量子点阵列，这一特征源自 SESRE 所实现的精细的势阱体积、深度、所致的激子结合能以及激子中心质量(CM)运动约束程度之间的 delicate balance。扫描透射电子显微镜(STEM)研究揭示了定义量子点形状和体积(此处指较大体积)的物质区域的结构(原子尺度)和化学(纳米尺度)本质。在激子 CM 约束较弱的 regime 下，由于其对大体积的相干抽样，MTSQD 振荡强度提升至约30倍。理论建模以STEM数据为输入，为单光子超辐射导致振荡强度提升2.5至3倍提供了支持。我们的发现允许制造和研究由可实现的独特物质量子子-光子子相互转换单元所支撑的相互连接网络，这些单元可覆盖从紫外到中红外波长范围的晶格匹配和不匹配材料组合。
引用
@article{arxiv.2505.06792,
title = {Superradiance Enhanced Light-Matter Interaction in Spatially Ordered Shape and Volume Controlled Single Quantum Dots: Enabling On-Chip Photonic Networks},
author = {Lucas Jordao and Qi Huang and Swarnabha Chattaraj and Siyuan Lu and Jiefei Zhang and Anupam Madhukar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.06792},
year = {2025}
}
备注
26 pages, 4 figures