量子点cQED系统中的声子效应研究

摘要

空腔量子电动力学(cavity Quantum Electrodynamics，cQED)是量子光学研究领域的一个重要分支。近年来，固态的cQED系统，即量子点-微腔系统引起了人们的研究兴趣。新的系统在量子信息处理中同样具有广泛的应用，范围包含量子位的实现到单光子源的建立。固态系统中的一个重要问题是会受到声子库的影响。这些影响主要表现在三个方面，即声子引起的重整化、纯退相和失谐声子散射。本文首先是介绍了基本的光与原子相互作用模型：J-C模型，以及声子库对量子点cQED系统的影响。声子库的影响主要来自于电子与声子的耦合，这种耦合包含两种机制：压电耦合和形变势耦合。由粒子的波函数出发来计算相应的声子谱函数，从得到的结果中发现压电耦合作用对系统的影响至少比形变势耦合小了一个数量级，这个结果支持了声子库对系统的影响主要来源于LA声子的结论。量子点的形状受到制造技术的影响会有所不同，这意味着在实际系统中量子点形状的影响是一个重要的问题。由波函数出发通过计算得到了三种典型形状：球形、椭球形和圆盘形的量子点的声子谱函数和相应的声子效应曲线。这些结果表明了声子效应与量子点形状有较强的依赖关系。在三种形状量子点中，圆盘形量子点具有最强的电声子耦合和最宽的声子谱分布，相应地，其声子效应也是最明显的。声子库对系统的影响与温度是直接相关的，由于存在耦合重整化，随着温度升高，系统将会从强耦合转变到弱耦合状态。从约化密度矩阵主方程出发，通过计算可以得到这种转变的判定条件。受声子库的影响，量子点的衰减率与温度直接相关，当温度在40-50K时，衰减率会随着温度升高迅速上升。本文的计算表明在这种温度依赖关系下，系统状态的变化在某些情况下会出现反常，如随着温度升高，系统会出现强耦合→弱耦合→强耦合→弱耦合的变化情况。这表明声子库所带来的影响会使量子点cQED系统出现一些新的与原子cQED系统不同的现象。文章最后计算了发射谱随温度的变化曲线，对一些相关问题进行了讨论。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 原子发光

1.2 空腔量子电动力学

1.3 光的量子理论

1.4 J-C模型

1.5 量子点cQED系统

1.6 声子的影响

1.7 文章结构

2 量子点cQED系统中的声子效应

2.1 系统模型

2.2 耦合重整化

2.3 声子散射率

2.4 纯退相率

2.5 本章小结

3 为什么压电耦合的作用可忽略

3.1 不同形状量子点的粒子波函数

3.2 压电耦合谱函数

3.3 压电耦合对声子效应的影响

3.4 本章小结

4 量子点形状对声子效应的影响

4.1 形变势耦合谱函数

4.2 量子点形状对声子效应的影响

4.3 本章小结

5 强耦合－弱耦合转变

5.1 有效声子主方程

5.2 反常的转变过程

5.3 本章小结

结论

附录

参考文献

研究生在读期间发表论文

致谢