Collective non-perturbative coupling of 2D electrons with high-quality-factor terahertz cavity photons

物理 极化子 光子 凝聚态物理 腔量子电动力学 电子 偶极子 原子物理学 量子 量子力学 开放量子系统
作者
Qi Zhang,Minhan Lou,Xinwei Li,John L. Reno,Wei Pan,John Watson,Michael J. Manfra,Junichiro Kono
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
卷期号:12 (11): 1005-1011 被引量:130
标识
DOI:10.1038/nphys3850
摘要

Nonperturbative coupling of light with condensed matter in an optical cavity is expected to reveal a host of coherent many-body phenomena and states. In addition, strong coherent light-matter interaction in a solid-state environment is of great interest to emerging quantum-based technologies. However, creating a system that combines a long electronic coherence time, a large dipole moment, and a high cavity quality ($Q$) factor has been a challenging goal. Here, we report collective ultrastrong light-matter coupling in an ultrahigh-mobility two-dimensional electron gas in a high-$Q$ terahertz photonic-crystal cavity in a quantizing magnetic field, demonstrating a cooperativity of $\sim$360. The splitting of cyclotron resonance (CR) into the lower and upper polariton branches exhibited a $\sqrt{n_\mathrm{e}}$-dependence on the electron density ($n_\mathrm{e}$), a hallmark of collective vacuum Rabi splitting. Furthermore, a small but definite blue shift was observed for the polariton frequencies due to the normally negligible $A^2$ term in the light-matter interaction Hamiltonian. Finally, the high-$Q$ cavity suppressed the superradiant decay of coherent CR, which resulted in an unprecedentedly narrow intrinsic CR linewidth of 5.6 GHz at 2 K. These results open up a variety of new possibilities to combine the traditional disciplines of many-body condensed matter physics and cavity-based quantum optics.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
缥缈远山发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
2秒前
hehe完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
ranranhihi完成签到 ,获得积分10
5秒前
科研通AI6.2应助N_xyz采纳,获得10
5秒前
5秒前
5秒前
李健的小迷弟应助tang采纳,获得10
7秒前
yl6649084完成签到,获得积分10
7秒前
桐桐应助小林采纳,获得10
7秒前
xin完成签到,获得积分10
8秒前
JIAO发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
整齐的远侵完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
贪玩半仙发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
某某完成签到,获得积分10
10秒前
科研通AI6.4应助李进步采纳,获得10
10秒前
11秒前
xin发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
N_xyz完成签到,获得积分10
12秒前
追寻凡白发布了新的文献求助10
13秒前
华仔应助空勒采纳,获得30
13秒前
14秒前
15秒前
xigua发布了新的文献求助10
16秒前
清秀灵薇发布了新的文献求助20
18秒前
科研通AI6.3应助非凡采纳,获得10
18秒前
ydy发布了新的文献求助30
18秒前
小二郎应助leonzhou采纳,获得10
19秒前
20秒前
liuzhuohao应助传统的故事采纳,获得50
20秒前
22秒前
22秒前
Wanjia完成签到,获得积分20
23秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Gründe der Seele:Die Wiener Psychatrie im 20.Jahrhundert 1000
Development of a Bridge Weigh-In-Motion System: A technology to convert the bridge response to the passage of traffic into data on vehicle configurations, speeds, times of travel and weights 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7268048
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8888796
关于积分的说明 18788978
捐赠科研通 6944645
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3203461
关于科研通互助平台的介绍 2376304
邀请新用户注册赠送积分活动 2179298