量子点分子中双隧穿诱导透明效应对光子自旋霍尔效应的可控调控研究

这篇研究通过构建量子点分子(QDM)中的双隧穿诱导透明(DTIT)模型，揭示了在相干激发下利用电栅压、激子密度和失谐调控光子自旋霍尔效应(SHE)的新机制。作者创新性地将电磁诱导透明(EIT)效应拓展到固态系统，实现了对TE/TM偏振反射系数的动态操控，为开发自旋选择型光学开关和量子信息器件提供了理论支撑。

　　

Highlight

本研究在量子点分子(QDM)体系中实现了基于双隧穿量子干涉的可控透明窗口，通过调节探测场失谐δ_p、隧穿耦合强度T₁/T₂等参数，首次在固态系统中观察到光子自旋霍尔效应(SHE)的动态调控。

Modeling the photonic spin Hall effect

我们建立了描述偏振光与多层腔系统相互作用的理论模型。如图1(a)所示，包含横电(TE)和横磁(TM)偏振的高斯光束以θ_i入射角照射输入镜M₁时，通过求解麦克斯韦方程组与量子点密度矩阵方程的耦合系统，可精确计算自旋相关光束偏移量。

Embedded quantum dot molecule within optical cavity

图1(b)展示了集成在光学腔中的四能级QDM结构。在纳米尺度间距下，空穴局域在单个量子点内，而电子通过量子隧穿在相邻点间离域。该系统基态|0?与激子态|1?、|2?、|3?构成Λ型能级结构，其中T₁和T₂分别调控|1??|2?和|1??|3?间的相干隧穿。

Results

数值模拟表明：当调节失谐ω₁₂和ω₁₃时，系统出现显著的双透明窗口；通过改变电子密度N_e可使TM/TE反射系数比产生3个数量级变化，这意味着SHE位移可实现从6nm到6μm的跨度调控。

Discussion

与传统原子系统相比，QDM具有三大优势：(1)与半导体工艺兼容的固态集成能力；(2)通过电栅压实现μs级响应速度的动态调控；(3)巨大的偶极矩使光-物质相互作用强度提升2个数量级。这些特性使其在偏振敏感的光子芯片中具有独特应用价值。

Conclusions

该工作证实了在QDM中通过双隧穿干涉可实现类似EIT的效应，并首次将光子SHE调控精度推进至亚波长尺度。这种"光控自旋"与"自旋控光"的双向调控机制，为开发新型量子光开关和拓扑光子器件开辟了新途径。