Управление излучением элементарных квантовых систем с помощью метаматериалов и нанометачастиц
В.В. Климов† Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация
Важнейшим направлением развития фундаментальной и прикладной физики является изучение свойств оптических систем на наномасштабах с целью создания оптических и квантовых компьютеров, биосенсоров, источников одиночных фотонов для квантовой информатики, устройств для секвенирования ДНК, датчиков различных полей и т.д. Во всех этих случаях ключевое значение имеет наноразмерный источник света, в качестве которого рассматриваются молекулы красителей, квантовые точки (эпитаксиальные или коллоидные), центры окраски в кристаллах и наноконтакты в металлах. В наноокружении характеристики этих элементарных квантовых систем: скорости накачки, радиационные и нерадиационные скорости распада, локальная плотность состояний, время жизни, сдвиги уровней — испытывают изменения, которые можно целенаправленно использовать для создания наноразмерных источников света с нужными свойствами. Проанализированы современные теоретические и экспериментальные работы в области управления излучением элементарных квантовых систем с помощью плазмонных и диэлектрических наноструктур, метаматериалов и наночастиц из метаматериалов.
Ключевые слова: спонтанное излучение, метаматериалы, киральность, гиперболичность, наночастицы, наноантенны, нанооптика, нанолазер, флуоресценция, фактор Парселла, запрещённые переходы, моды, однофотонные источники, плазмоны, отрицательное преломление PACS:03.50.De, 32.50.+d, 32.70.Jz, 42.25.−p, 42.50.Pq, 42.79.−e, 78.67.−n, 78.67.Pt (все) DOI:10.3367/UFNr.2021.01.038910 URL: https://ufn.ru/ru/articles/2021/10/b/ 000740826300002 2-s2.0-85123453879 Цитата: Климов В В "Управление излучением элементарных квантовых систем с помощью метаматериалов и нанометачастиц" УФН191 1044–1076 (2021)
Einstein A Mitt. Phys. Ges. ZürichZ (18) 47 (1916); Einstein A Phys. Z.18 121 (1917); Пер. на русск. яз., Эйнштейн А Собрание научных трудов Т. 3 (М.: Наука, 1966) с. 393
Dirac P A M The Principles of Quantum Mechanics 4th ed. (Oxford: Clarendon Press, 1958)
Novotny L, Hecht B Principles of Nano-Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2006); Пер. на русск. яз., Новотный Л, Хехт Б Основы нанооптики (М.: Физматлит, 2009)
Вайнштейн Л А Электромагнитные волны (М.: Радио и связь, 1988)
Вайнштейн Л А Открытые резонаторы и открытые волноводы (М.: Сов. радио, 1966); Пер. на англ. яз., Weinstein L A Open Resonators and Open Waveguides(Golem Ser. in Electromagnetic) Vol. 2 (Boulder, CO: Golem Press, 1969)
Лямкина А А "Структуры металлический кластер - квантовая точка, выращенные нанокапельной молекулярно-лучевой эпитаксией" Дисс. ... канд. физ.-мат. наук (Новосибирск: Ин-т физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, 2015)
Queiroz da Costa K et al "Wireless optical nanolinks with Yagi-Uda and dipoles plasmonic nanoantennas" Nanoplasmonics (Ed. C J Bueno-Alejo) (Zaragoza: IntechOpen, 2020), Ch. 1
Reed G T, Knights A P Silicon Photonics: An Introduction (Chichester: John Wiley, 2004)
Inphi Qualified TowerJazz for Production of Advanced Silicon Photonics Integrated Circuits (PICS) for Data Center Connectivity, https://towersemi.com/2019/12/04/04122019/