旋转二维激子极化激元凝聚涡旋叠加态的动力学特性

研究了二维激子极化激元凝聚正反涡旋叠加态在半导体微腔极化激元波色爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensate,BEC)体系旋转情形下的稳定性和动力学特性.在体系旋转情形下对单分量Gross-Pitaevskii方程进行重构,利用四阶龙格库塔方法和时域有限差分方法构建数值模型.利用实时演化方法研究在体系旋转的情况下,不同拓扑荷数的正反涡旋叠加态的实时演化过程及稳态局域粒子数和体系旋转角速率之间的关系.研究了涡旋叠加态激发区域的旋转速率与体系旋转速率的关系,并阐明了体系的旋转速率对涡旋叠加态相位稳定性的影响机理.研究表明,半导体微腔极化激元BEC体系的旋转速率对激子极化激元凝聚叠加态的演化过程及其动力学特性有重要影响.

二维激子极化激元凝聚中涡旋叠加态稳态及动力学特性研究

利用分步Crank-Nicolson方案的虚时和实时有限差分方法求解耗散系统的Gross-Pitaevskii(GP)方程,研究了二维激子极化激元凝聚(exciton-polariton condensates)体系中正反涡旋叠加态的稳态结构并直观地验证这种稳态结构在半导体微腔旋转下的稳定性和动力学特性.通过虚时和实时演化相结合的方法求解出几种角动量情况下所对应的稳定涡旋叠加态.然后利用实时演化方法研究在半导体微腔旋转的情况下,正反涡旋叠加态的稳定性及其旋转角速率和半导体微腔旋转角速率之间的定量关系.最后研究了单涡旋态在半导体微腔旋转时形成涡旋阵列的动力学过程,并给出了泵浦光宽度和增益项对涡旋阵列结构的影响.研究表明,系统的泵浦,损耗和增益对稳定性和动力学特性有重要影响.

利用PEEM对等离激元场动力学演化的高时空分辨近场表征研究进展

等离激元因具有超衍射极限汇聚、高近场增强等特性,因此被广泛应用于传感、光伏、光催化和光电探测等研究领域。超快光辐照金属纳米结构形成的超快等离激元场不仅拥有传统等离激元特性,还具有了极小时间尺度特性,为人们在飞秒、纳米尺度探寻与操控光与物质的相互作用提供了一条有效途径。由于等离激元场的动力学演化过程直接影响到等离激元传感、探测等器件的性能以及光催化效果,因此对等离激元场动力学演化的直接近场表征将有助于人们从微观尺度探寻和揭示等离激元与物质的相互作用过程,对于设计和优化等离激元纳米光电器件等具有重要意义。本文综述了利用ITR-PEEM对等离激元场动力学演化的高时空分辨近场表征的研究进展。

三元混晶三层系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了真空/极性三元混晶薄膜/极性二元半导体衬底三层系统的表面和界面声子极化激元,以AlxGa1-xAs/GaAs和ZnxCd1-xSe/ZnSe为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明:与二元晶体三层系统以及三元混晶单层薄膜不同,在三元混晶三层异质结系统中存在五支表面和界面声子极化激元模,这五支表面和界面模的频率曲线位于二元晶体和三元混晶的体声子极化激元的禁带区间内,且其能量随混晶组分和薄膜厚度呈非线性变化,三元混晶的"单模"和"双模"性也在色散曲线中体现了出来.

薄膜厚度对三元混晶四层系统的表面和界面声子极化激元的影响

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了薄膜厚度对真空/极性二元晶体薄膜/极性三元混晶薄膜/半无限大极性二元半导体衬底构成的四层异质结系统的表面和界面声子极化激元的影响,以GaAs/Al0.4Ga0.6As四层异质结系统为例,获得了表面和界面声子极化激元模的频率随薄膜厚度的变化关系.结果表明:三元混晶四层异质结系统中存在七支表面和界面声子极化激元模,且当薄膜厚度发生变化时,只对位于其表面或界面处的极化激元模有影响,对其余的极化激元模几乎没有任何影响.

膜厚对三元混晶双层系中声子极化激元模的影响

采用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,运用电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了薄膜厚度对由极性三元混晶组成的双层薄膜系统中的表面和界面声子极化激元的影响.以GaAs/AlxGa1-xAs双层系统为例,获得了其中表面和界面声子极化激元作为膜厚之函数的数值结果并进行了讨论.结果指出:在双层系统的六支表面和界面声子极化激元模中,当两种薄膜材料的厚度均变化时,只有三支界面声子极化激元的频率随之变化,而另外三支表面声子极化激元的频率则几乎不变.而当只有其中一种薄膜材料的厚度发生变化时,则只对其与另一种薄膜材料界面处且位于此种材料的纵横光学声子频率区间内的界面极化激元的频率有影响,而对其他的表面和界面极化激元的频率则没有太大的影响.

极化激元系统时间演化的量子涨落特性和非经典统计行为

将极化激元系统约化成模型单模光子-TO声子有效相互作用系统,在此基础上以解析形式讨论了系统的力学量、压缩态、量子涨落特性以及亚泊松分布等非经典效应的动力学演化行为.结果表明,光子场与极化波量子场彼此交换能量过程随时间演化呈振荡性质,光子场和声子场都可以演化成压缩态,其二阶压缩度随时间演化成复杂周期振荡特性,这种非经典特性是非线性相互作用的结果并且以k1项和k2项同时存在并相互关联为前提.而此时光子和声子统计分布随时间演化呈现介于超Poison分布和亚Poison分布之间复杂周期振荡的新结果,非线性作用k1项和k2项对这种非经典统计行为都有贡献.

二元混合物相分离动力学与花样演化(CDS格子气模拟)机理研究

用元胞动力系统(CDS)格子气方法研究二组分混合物相分离花样演化若干特性.主要结果是:(1)元胞自身演化映射f的四种不同选取尽管"宏花样"("黑白花样")拓扑结构相似,但"微花样"("灰度花样")有明显差异,f2和f4所对应的花样在纯黑与纯白区域都存在更加精细的鱼鳞状结构;(2)双嵌段共聚物二组分不对称(即r≠0 5)时,在0 43≤r≤0 45范围内出现文献中尚未报道过的"颗粒-条状杂交花样";(3)首次实施了六方格CDS模拟,特点是"叠代过程用六方格,涂色用四方格",结果表明六方格的确具有各向同性性好、稳定性好等优点;(4)Laplace平均算子 的不同选取对相变花样影响不大.

三元混晶四层系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了真空/极性二元晶体薄膜/极性三元混晶薄膜/极性二元晶体衬底四层系统的表面和界面声子极化激元.以AlxGa1-xAs/GaAs和ZnxCd1-xSe/ZnSe为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面模和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明,三元混晶四层异质结系统中存在七支表面和界面声子极化激元模,且这七支表面模和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度呈非线性变化,三元混晶的"单模"和"双模"性也在色散曲线中得到了很好的体现.

腔自旋波混合系统的研究进展

近年来腔自旋波混合系统引起人们的研究兴趣.基于自旋波体系的优点,有望建立一个以自旋波量子为核心的、实现不同物理系统之间信息传递的平台.本文简要介绍了腔自旋波混合系统的发展进程,阐明自旋波量子与微波腔光子的耦合机制;着重介绍了近期在腔自旋波混合系统中关于非线性和赝厄米性方面的研究进展,其中包括非线性效应引起的腔自旋波量子极化激元的双稳,宇称-时间(PT)对称哈密顿量的实现和PT对称自发破缺相变二阶奇点的观测,以及如何构造非PT对称的赝厄米哈密顿量来实现三阶奇点等.

量子涡旋陀螺若干关键参数的仿真计算(特邀)

半导体微腔中由光驱动的激子极化激元体系是近年来热门的物理学、光学领域研究方向,而半导体微腔中由光驱动的玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein Condensates,BEC)的量子叠加态涡旋在量子传感领域具有颠覆性的潜在应用价值。通过Runge-Kutta差分和FDTD有限元方法构建了一个精确的数学模型来表征量子涡旋陀螺激子极化激元体系的时空演化规律。在此基础上,研究了泵浦光、信号光和与半导体微腔材料相关的一些关键参数对量子涡旋陀螺激子极化激元凝聚体演化特性的影响。其中泵浦光和信号光考虑了环形光斑的几何尺寸以及它们的光强,而微腔材料对激子极化激元体系的影响通过数学上的变换,折算为有效质量对BEC体系的影响。通过大量参数扫描,得到了影响量子涡旋陀螺性能的一些关键因素,包括泵浦光的几何参数和强度、泵浦光和信号光的相关影响以及半导体微腔的材料特性。通过表征不同微腔材料的有效质量与性能之间的关系,计算了材料性能与量子涡旋陀螺仪叠加态演化之间的关系,发现有效质量的合理值范围很窄。这些工作为量子涡旋陀螺的工程样机研发提供了重要参考。

物理学家黄昆

黄昆物理学家。男,生于1919年9月2日。1941年毕业于燕京大学物理系,获理学学士学位。1942年-1944年就读于西南联大北大研究比,获理学硕士学位。1945-1948年在英国Bristol大学物理系学习,获哲学博士学位。1955年被选聘为中国科学院院士(学部委员)。1980年当选为瑞典皇家科学院国外院士。1985年当选为第三世界科学院院士。现任中国科学院半导体研究所名誉所长、研究员。

腔内自旋与微波相互作用的电检测

聚焦界面自旋动力学和自旋传输特性,自旋电子学发展针对自旋产生、探测、调控的技术方法,为自旋电子器件的开发提供了物理基础,是自旋电子学研究的根本任务.借鉴腔量子电动力学的思想和方法,在微波谐振腔内实现室温下的磁子-微波强耦合,为实现信息和能量在自旋与电磁波之间的相干传输提供了可能,同时为调控自旋提供了新方法.本文简要介绍了磁子-微波耦合的概念和机制,梳理了这一方向的发展脉络,重点介绍了磁子-微波强耦合中电检测技术及其产生的自旋流的特性.