射频光子与液氦上电子等离激元之间的强耦合

《Nature Communications》：Strong coupling between RF photons and plasmons of electrons on liquid helium

　　

摘要

等离子体激元源于电子的集体运动，能够与电磁场或光子发生强相互作用；这种能力已被广泛应用于从化学反应性到生物传感的众多领域。最近，等离子体激元在量子信息处理领域的应用引起了越来越多的关注。液态氦表面漂浮的电子提供了一种极其干净、无无序的系统，并已成为实现该目的的一个有前景的平台。在本研究中，我们将该系统确立为一个可调谐的等离子体激元 - 光子混合平台。我们展示了漂浮电子等离子体激元与束缚在 LC 谐振器中的射频（RF）光子之间的强耦合。时间分辨测量揭示了等离子体激元模式和光子模式之间相干的振荡能量交换，为其相干耦合提供了直接证据。这些结果标志着迈向漂浮电子等离子体激元与谐振器耦合的腔量子电动力学的一步。此外，LC 谐振器作为氦表面电子物理的灵敏探针，使得能够观测到旺纳晶体相变，并对源于涟漪子诱导散射的温度依赖性等离子体激元衰减进行定量研究。