Cavity QED and Confined Phonons in Semiconductor Quantum Dots

半导体量子点中的腔 QED 和受限声子

基本信息

  • 批准号:
    0201784
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-07-01 至 2006-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research is focused on coherent manipulation and cavity QED of confined phonons in semiconductor quantum dots. In colloidal quantum dots such as CdSe nanocrystals, not only electronic energy levels but also lattice vibrations are completely quantized. Properties of confined phonons in these quantum dots will be investigated and exploited for the development of a mesoscopic system in which a single or an array of quantum dots couple strongly to a single mode of electromagnetic fields. Coherent nonlinear optical techniques will be developed and used for the optical excitation and detection of confined acoustic phonons in these quantum dots. Optical manipulation at the level of a single phonon per quantum dot, and understanding decoherence of quantized mechanical excitations in a nanomechanical system are important goals. A cavity QED system where confined acoustic phonons coupling to a high-Q whispering gallery mode in a fused silica microsphere through a driven two-photon Raman transition will also be developed. The proposed cavity QED system provides a unique model system for isolating and manipulating fundamental dynamical processes in simple quantum systems and for creating controlled entanglement of quantum dots. In addition to potential applications in quantum information processing, the ability of optical manipulation of confined phonons in colloidal quantum dots can also stimulate further applications of these quantum dots as nanomechanical systems in areas such as biology. The research program provides training for graduate and undergraduate students in cutting edge research techniques in areas including optics, semiconductor physics, nanotechnology, and quantum information that are of both scientific and technological importance. This training will prepare them for a range of careers in academe, industry, and government. This research program is focused on studies of electronic and mechanical excitations in semiconductor quantum dots. In semiconductor quantum dots such as CdSe nanocrystals with a dimension of a few nanometers, both electronic and mechanical excitations are completely quantized or completely discrete. Properties of electronic and mechanical excitations will be investigated by using coherent nonlinear optical techniques and will be exploited for the development of a mesoscopic system in which a single or an array of quantum dots couple strongly to a single mode of electromagnetic fields. This composite quantum dot microcavity system can be used for the coherent manipulation of dynamical processes in simple quantum systems and for the exploration of quantum information processing, an area of considerable technological importance. The ability of optical manipulation of mechanical excitations in semiconductor nanocrystals can also stimulate further applications of these quantum dots as nanomechanical systems in areas such as biology. Students involved in this program receive rigorous training in areas including optics, semiconductor physics, nanotechnology, and quantum information that are of both scientific and technological importance and can pursue careers in academe, industry, and government.
这项研究的重点是半导体量子点中密闭声子的相干操纵和空腔QED。 在诸如CDSE纳米晶体之类的胶体量子点中,不仅电子能级,而且还完全量化了晶格振动。 这些量子点中的限制性声子的性质将被研究和利用,以开发介观系统,其中单个或一系列量子点强烈地将其与单一的电磁磁场模式相对情。 连贯的非线性光学技术将被开发,并用于这些量子点中受到的声音子的光激发和检测。 每个量子点的单个声子级别的光学操纵,以及了解纳米力学系统中量化的机械激发的反熔性是重要的目标。 一个空腔QED系统,在融合的二氧化硅微球中,通过驱动的两光子拉曼过渡的融合二氧化硅微球限制了与高Q窃窃库模式相连的腔体QED系统。 拟议的腔QED系统提供了一个独特的模型系统,用于隔离和操纵简单量子系统中的基本动力学过程,并创建量子点的受控纠缠。 除了在量子信息处理中的潜在应用外,在胶体量子点中对受限声子进行光学操纵的能力还可以刺激这些量子点作为纳米力学系统在生物学等地区的进一步应用。 该研究计划为研究生和本科生提供培训,这些培训在包括光学,半导体物理学,纳米技术以及既具有科学和技术重要性的量子信息”等领域的领域。 这项培训将使他们为学术界,工业和政府的一系列职业做好准备。 该研究计划的重点是半导体量子点中电子和机械激发的研究。 在半导体量子点(例如具有几种纳米尺寸的CDSE纳米晶体)中,电子激发和机械激发都被完全量化或完全离散。 电子和机械激发的性能将通过使用相干非线性光学技术研究,并将被利用用于开发中学系统,在中学系统中,单个或一系列的量子点对夫妇非常强烈地将其强烈地与单一的电磁场模式进行。 这种复合量子点微腔系统可用于对简单量子系统中动态过程的连贯操纵,并用于探索量子信息处理,这是一个非常重要的技术重要性领域。 半导体纳米晶体中机械激发的光学操纵的能力也可以刺激这些量子点作为纳米力学系统在生物学等地区的进一步应用。 参与该计划的学生接受了包括科学和技术重要性的光学,半导体物理学,纳米技术以及量子信息在内的领域的严格培训,并且可以从事学术界,工业和政府的职业。

项目成果

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