经典光场相干控制金属纳米线表面等离子体传输

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Voi．60，No．11(2011)117301经典光场相干控制金属纳米线表面等离子体传输程木田(安徽lT业大学电气信息学院，马鞍山243002)(2010年10月24日收到；2010年12月19日收到修改稿)利用全量子力学的方法从理论上研究了利用经典光场相干控制半导体量子点．金属纳米线复合体系中表面等离子体传输特性．计算中假设金属纳米线表面等离子体具有线性色散关系，半导体量子点具有梯形三能级结构．分析表明：通过加或不加经典光场，可以控制表面等离子体被反射还是透射；加上光场后，反射峰、透射峰的位置以及两反射峰之间的距离都可以由经

2、典光场控制．关键词：表面等离子体，量子点，散射PACS：73．20．Mf，61．46．Km，98，65．一k是有必要的．本文从理论上探讨如何通过控制经典1．引言光场的振幅和圆频率控制表面等离子体的传输特性．我们的结果在量子信息、表面等离子体开关等相干控制单光子传输在量子信息以及光电子方面具有潜在的应用价值．器件中具有重要的应用价值．大量的理论和实验研究了光子晶体、耦合谐振腔等一维波导中2．理论模型的单光子散射特性．在上述的研究中，原子(半导体量子点)经常被处理为二能级模型．当入射光图l(a)是复合体系示意图．半导体量子点被放置在Ag纳米线附近．假设Ag纳米线具有

3、线性色子的频率为某一特定值时，光子将被完全反射¨．散关系：=ck，其中09，，C分别是表面等离子体圆由于需要特定频率，这实际上限制了该体系的实际频率，波矢以及传输的群速度．图1(b)是半导体量应用．子点的三能级结构．其中，表面等离子体耦合跃随着现代纳米技术的发展，人们已经可以成功迁『1)一I2)，经典光场耦合跃迁I2)一『3)．我们生长单根银纳米线．理论和实验证明银纳米线、银选择碲掺杂的CdSe量子点．在此量子点中，由于库纳米棒可以作为表面等离子体波导¨卜”．银纳米仑排斥作用，双激子的吸收谱蓝移可以达到300线与半导体量子点的耦合也引起了人们的广泛关meV．因此

4、，表面等离子体对l2)一l3)之间的注¨．Chang等人发展了基于表面等离子体的跃迁影响可以忽略．量子光学¨引并提出了利用表面等离子体实现单光描述该系统的坐标空间的哈密顿量可以写为子晶体管的方案．Akimov等人证明了在单根银纳米线中产生单个的、量子化的表面等离子体．ji=叫)cR()+iCCL()CL㈩]激子．光子．等离子体的相互转化、传输的表面等+(2一iy2／2)22+(092+△一i3／2)33离子体诱导的量子点光发射都有实验报道．最+(or23+or32)+Jdxg6()[c()or12近，利用两个半导体量子点控制表面等离子体的传输特性也有研究。．这些

5、研究表明金属纳米线表+or2LCR()+c(X)orl2+orl2CL()]，(1)面等离子体在量子信息等方面具有很强的应用价其中，c()(c())表示在处产生向右(向左)值．因此，研究相干控制表面等离子体的传输特性传输的表面等离子体，c()(C())表示在处湮国家自然科学基金(批准号：11004001，10874134，11105001)和安徽省青年教师科研项目(批准号：2010SQRL037ZD)资助的课题．十E-mail：mtcheng@ahut．edu．cn~)2011中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．i

6、trhy．ac．cn117301．1-7物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．60。No．11(2011)117301，．一·一‘一厂、、(b)——=一＼，，．＼／。、一一102、一2广J2>，褂褂广lgl2>l／II11一篓o．s。_JL—I1>／、、上⋯＼，⋯一雩ig2：=1i0一。z．c‘，、、1＼1f．．I』．／J＼＼＼＼、f一一．／／一一Il、．．_～(c)、＼‘TI褂斟：TL_I2>!!’．．．．．．／Q2=I1O0-要＼lgI1>；~u-4／．＼!＼＼Q一fD2fD2(D力／2一2+／2表面等离子体频率表面等离子体频率图2两能级系统((a)、(

7、b))和三能级系统((c)，(d))情况下表面等离子体的透射概率和反射概率随表面等离子体频率的变化．插图显示的是激发方案出了三能级系统中的透射概率(⋯)随表面等离子(6b)式可以得到：1)当(￡，=：+(△±体变化．在∞=∞处，ItI达到最大值1．随着经~／△+)／2时，t=0，r=1．这意味着，当09=：典光场强度的增强，透射谱的宽度减小．图2(d)是+(△土△+)／2时，表面等离子体将被完全反三能级系统中的反射概率随表面等离子体变化．在射．2)当=∞+△时，t=一1，r=0．这意味着，∞=(c)，处，r=0．由(7a)和(7b)式可以得到：当(c，=∞，士／

8、2／2时，t=0，r=一