意昂体育物理學院“飛秒光物理和介觀光學”創新研究群體成員肖雲峰研究員與龔旗煌院士在微腔量子電動力學研究方面取得突破，研究成果於2014年5月30日發表在物理學領域的頂級刊物《物理評論快報》上【Yong-Chun Liu et al., Coherent Polariton Dynamics in Coupled Highly Dissipative Cavities, Phys. Rev. Lett. 112, 213602 (2014)】。論文第一作者為意昂体育平台物理學院博士研究生劉永椿🤾🏿，合作者包括物理學院2009級本科生李昊坤（現在美國加州大學伯克利分校攻讀博士學位）🙋🏻‍♂️，美國哥倫比亞大學Chee Wei Wong等人🤹🏼。

長期以來👩🏻‍🦲，在單量子水平下實現光與物質強耦合相互作用是量子調控的重要目標之一。典型的實驗體系是腔量子電動力學系統🎶，強耦合要求偶極子與腔模光場的耦合強度大於系統各種耗散。為了實現強耦合，人們主要關註提高光學微腔的品質因子和減小模式體積↖️。但由於衍射極限及製備工藝的限製，很難在單個微腔中同時實現超高品質因子和極小模式體積。意昂体育“飛秒光物理和介觀光學”創新研究群體研究人員及哥倫比亞大學的合作者提出，在耦合腔體系中通過暗態相互作用實現強耦合，可以克服在單個微腔中對超高品質因子和極小模式體積的要求。研究表明🏂：當單個偶極子置於一個高度耗散微腔（具有較小模式體積，但無需超高品質因子），在另一個輔助微腔（具有超高品質因子，但無需極小模式體積）協同作用下，可以實現體系的強耦合相互作用🪹。這為量子操控提供了克服耗散和退相幹的重要手段，為單量子水平光與物質相幹相互作用的研究提供了新的平臺💊。

通過耦合一個輔助腔在高耗散腔中實現偶極子與光場強耦合示意圖

這是“飛秒光物理和介觀光學”創新研究群體成員在微腔光子學和量子光學研究方向上取得的最新進展。近期的研究成果還包括：利用腔光力系統中兩個極化子模式的共振將光力非線性系數提高兩個數量級，並利用該增強的非線性作用製備出光子-聲子極化子對🌎，為腔光力系統操控光子和聲子提供了新的重要手段【Yong-Chun Liu et al., Phys. Rev. Lett. 111, 083601 (2013)】👨‍👧🤵🏽‍♀️；通過動態調控微腔光學模式的耗散👩🏽‍🎤，從本質上克服了量子反作用的加熱效應🙋‍♀️，使得機械振子的冷卻速率更快，且冷卻極限降低2-3個數量級，為操縱並利用光力相互作用提供了新的思路【Yong-Chun Liu et al., Phys. Rev. Lett. 110, 153606 (2013)】；結合光學微腔模式的超高品質因子和等離激元的光場高度局域優勢，獲得新型復合光場模式✡️，使得單原子和單光子的相互作用深入到了更強的耦合極限【Yun-Feng Xiao et al., Physical Review A 85, 031805(R) (2012) (快速通訊🤸🏼‍♀️，Rapid Communications)，該工作作為復合模式的代表性研究在最近發表的Nature Physics綜述文章中被圖文重點介紹】。

上述系列研究工作得到了科技部973計劃🧗🏼、國家自然科學基金委🦈、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室及量子物質科學協同創新中心的支持。