Landau极化激元中局域模式与非局域模式的腔介导耦合

多模超强耦合(USC)体系已成为探索腔量子电动力学中全新现象的重要平台。其中尤为关键的是腔内介导的局域与非局域激发态(或等效为零动量与有限面内动量模式)之间的关联效应,这为调控空间尺度上的光-物质相互作用提供了新机遇。然而,此类相互作用的直接实验证据始终难以获取。本工作通过朗道极化激元系统首次实现了非局域多模耦合:在GaAs量子阱中,腔光子同时与二维电子气的零动量回旋共振模式及有限动量磁等离激元发生相互作用。研究团队设计的亚波长模式体积狭缝腔体,通过其面内动量分量成功激发了有限动量物质模式。太赫兹时域磁光谱测量清晰观测到上极化激元支的分裂现象,其源于磁等离激元模式与腔-回旋共振杂化态之间的耦合。提取的耦合强度分别证实了回旋共振的超强耦合特性以及磁等离激元模式与腔场的强耦合状态。多模霍普菲尔德模型与有限元模拟结果与实验数据高度吻合。这些发现为在超强耦合体系中设计包含零动量与有限动量物质模式的多模光-物质相互作用开辟了新路径。

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