Superabsorption of light via quantum engineering.
Superabsorption of light via quantum engineering.
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DOI：
10.1038/ncomms5705
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发表时间：
2014-08-22
影响因子：
16.6
通讯作者：
Gauger, E. M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Higgins, K. D. B.;Benjamin, S. C.;Stace, T. M.;Milburn, G. J.;Lovett, B. W.;Gauger, E. M.
大约60年前，迪克引入了“超辐射”一词来描述一种标志性的量子效应：N原子可以以与N2成比例的速率发光。超辐射的结构也必然具有增强的吸收，但在自然系统中，前者总是占主导地位。在这里，我们表明可以通过结合几种成熟的量子控制技术来克服这种限制。我们的分析和数值计算表明，在某些简单的纳米结构中，通过过渡速率工程将系统捕获在高激发态，可以实现并维持超吸收。这开启了一种新型量子纳米技术的前景，其潜在应用包括光子探测和光基能量传输。量子点阵列或分子环结构可以为实验演示提供合适的平台。一个超辐射的量子系统也必须表现出增强的吸收，但前者在自然系统中总是占主导地位。然而，通过调用环境量子控制技术，Higgins等人证明了一个系统可以表现出量子增强的光吸收。
Almost 60 years ago Dicke introduced the term superradiance to describe a signature quantum effect: N atoms can collectively emit light at a rate proportional to N2. Structures that superradiate must also have enhanced absorption, but the former always dominates in natural systems. Here we show that this restriction can be overcome by combining several well-established quantum control techniques. Our analytical and numerical calculations show that superabsorption can then be achieved and sustained in certain simple nanostructures, by trapping the system in a highly excited state through transition rate engineering. This opens the prospect of a new class of quantum nanotechnology with potential applications including photon detection and light-based power transmission. An array of quantum dots or a molecular ring structure could provide a suitable platform for an experimental demonstration. A quantum system that super-radiates must also exhibit enhanced absorption, but the former always dominates in natural systems. However, by invoking environmental quantum control techniques, Higgins et al. demonstrate that a system can exhibit quantum-enhanced light absorption.
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