光物理学：構造化した単原子層によって形成されたサブ放射光学ミラー

強くて調整可能な光–物質相互作用を有する汎用インターフェースは、光と物質の間の量子的性質をマッピングできることから、量子科学に不可欠である。最近の研究では、量子エミッターの構造化サブ波長アレイにおける、光子が媒介する双極子–双極子相互作用の豊かな作用を使って、光–物質相互作用を制御する方法が提案されている。しかし、この手法の重要な側面である、量子エミッターアレイを用いる光–物質結合強度の協調的な増強と入射光の指向性鏡面反射は、まだ実験的には実証されていない。今回我々は、光格子中の原子の二次元正方アレイの協調的なサブ放射応答を直接観測したことについて報告する。個々の原子の自由空間への量子制限された崩壊よりもはるかに下で、原子の集団応答のスペクトル狭窄化が観測された。我々は、空間分解分光測定を通して、このアレイが、数百個の原子からなる単原子層によって形成される効率の良いミラーとして機能することを示す。アレイの原子密度を調整し、粒子の配列を変えることによって、アレイの協調的応答の制御が可能になり、空間秩序と双極子相互作用との相互作用がこの原子集団の集団特性に及ぼす影響が解明された。アレイの外側の原子のブロッホ振動によって、この原子ミラーの反射率の動的制御が可能になった。今回の成果は、構造化した原子集団に基づく効率の良い光学メタマテリアルエンジニアリングを実証するとともに、光インターフェースや光–物質インターフェースを用いて多体物理を単一量子レベルで制御する道を開くものである。

目次へ戻る