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电磁极化子

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磷化镓中声子-电磁极化子的色散关系。红线为未耦合的声子及光子的色散关系;黑线为其耦合(自上而下:高能态电磁极化子、纵光学声子、低能态电磁极化子)
磷化镓中声子-电磁极化子的色散关系。红线为未耦合的声子及光子的色散关系;黑线为其耦合(自上而下:高能态电磁极化子、纵光学声子、低能态电磁极化子)

电磁极化子是一种玻色子准粒子(不应与极子,一种费米子准粒子混淆)。它是由电磁波之间的强烈耦合以及带有电偶极子或磁偶极子的激发作用中诞生,是能级回避交叉英语Avoided crossing现象的一种表现。

电磁极化子描述了光的色散与产生交互作用的共振的交叉,在此情况下其可被视作新的简正模,形成于特定物质或结构的模的强烈耦合,即光子和偶极振荡。

在弱耦合近似条件不成立的情况下,光子在晶体自由传播的模型并不充分。电磁极化子的一个主要特征是其与光在晶体的传播速度(光子的频率)的强烈关联。

历史

1929年勒维·通克斯欧文·兰米尔观察到等离化气体的振荡。[1]而电磁极化子的概念则最初由Kirill Tolpygo所考虑到,他在1950年得出离子晶体中声子与电磁波的耦合状态及其色散的关联,即声子-电磁极化子。[2][3]黄昆也在1951年独立得出此成果。[4][5]它在苏联被称为光-激子(Light-exciton),现今的通用名称则由约翰·霍普菲尔德所改。

1968年安德里亚斯·奥托首次发表有关表面等离极化激元的论文。[6]在2016年的意大利国家研究院以有机微腔器件观察到室温中的超流体弗伦克尔激子-电磁极化子。[7]在2018年2月发现了新的三光子形态,并可能形成电磁极化子;此发现有助量子电脑的发展。[8][9]

种类

  1. 声子-电磁极化子:由红外线光子及光学声子的耦合。
  2. 激子-电磁极化子:由可见光光子及激子的耦合。其在使用氧化亚铜的实验中取得丰硕的成果。
  3. 能带内-电磁极化子:由红外线或太赫辐射光子及能带内激发(Intersubband excitation)耦合。
  4. 表面等离极化激元:由表面等离子体及光子(波长取决于物质及其形状)的耦合。
  5. 布拉格电磁极化子(Braggoriton):布拉格光子模与体激子(Bulk exciton)耦合。[10]
  6. 等离激子激元(Plexciton):等离子体激子的耦合。[11]
  7. 磁振子-电磁极化子:磁振子及光子的耦合。
  8. 共振腔-电磁极化子:[12]共振腔模与激子耦合。

参考文献

  1. ^ Tonks, Lewi; Langmuir, Irving. Oscillations in Ionized Gases. Physical Review. 1929-02-01, 33 (2): 195–210. doi:10.1103/PhysRev.33.195. 
  2. ^ Tolpygo, K.B. Physical properties of a rock salt lattice made up of deformable ions. Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki (J. Exp. Theor. Phys.). 1950, 20 (6): 497–509, in Russian. 
  3. ^ K.B. Tolpygo, "Physical properties of a rock salt lattice made up of deformable ions," Zh. Eks.Teor. Fiz. vol. 20, No. 6, pp. 497–509 (1950), English translation: Ukrainian Journal of Physics, vol. 53, special issue (2008); Archived copy (PDF). [2015-10-15]. (原始内容 (PDF)存档于2015-12-08). 
  4. ^ Huang, Kun. Lattice vibrations and optical waves in ionic crystals. Nature. 1951, 167 (4254): 779–780. Bibcode:1951Natur.167..779H. doi:10.1038/167779b0. 
  5. ^ Huang, Kun. On the interaction between the radiation field and ionic crystals. Proceedings of the Royal Society of London. A. 1951, 208: 352–365. 
  6. ^ Otto, A. Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection. Z. Phys. 1968, 216 (4): 398–410. Bibcode:1968ZPhy..216..398O. doi:10.1007/BF01391532. 
  7. ^ Lerario, Giovanni; Fieramosca, Antonio; Barachati, Fábio; Ballarini, Dario; Daskalakis, Konstantinos S.; Dominici, Lorenzo; De Giorgi, Milena; Maier, Stefan A.; Gigli, Giuseppe; Kéna-Cohen, Stéphane; Sanvitto, Daniele. Room-temperature superfluidity in a polariton condensate. Nature Physics. 2017, 13 (9): 837–841. Bibcode:2017NatPh..13..837L. arXiv:1609.03153. doi:10.1038/nphys4147. 
  8. ^ Hignett, Katherine. Physics Creates New Form Of Light That Could Drive The Quantum Computing Revolution. Newsweek. 16 February 2018 [17 February 2018]. 
  9. ^ Liang, Qi-Yu; 等. Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium. Science. 16 February 2018, 359 (6377): 783–786. Bibcode:2018Sci...359..783L. arXiv:1709.01478. doi:10.1126/science.aao7293. 
  10. ^ Eradat N., et al. (2002) Evidence for braggoriton excitations in opal photonic crystals infiltrated with highly polarizable dyes, Appl. Phys. Lett. 80: 3491.
  11. ^ Yuen-Zhou, Joel; Saikin, Semion K.; Zhu, Tony; Onbasli, Mehmet C.; Ross, Caroline A.; Bulovic, Vladimir; Baldo, Marc A. Plexciton Dirac points and topological modes. Nature Communications. 2016-06-09, 7: 11783. Bibcode:2016NatCo...711783Y. ISSN 2041-1723. PMC 4906226. PMID 27278258. arXiv:1509.03687. doi:10.1038/ncomms11783 (英语). 
  12. ^ Klingshirn, Claus F. Semiconductor Optics 4. Springer. 2012-07-06: 105. ISBN 978-364228362-8. 
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