Когерентное управление квантовыми состояниями мелкой примеси в монослое графена с помощью фазомодулированных бихроматических лазерных импульсов: влияние процессов релаксации
А. А. Аветисян, А. П. Джотян, Г. П. Джотян, Arshak L. Vartanian, Anna L. Asatryan
С использованием вариационного метода рассчитаны дипольные матричные элементы для оптических переходов 1S – 2P и 2S – 2P мелкой донорной примеси в монослое графена с открытой энергетической щелью в перпендикулярном магнитном поле. Далее анализируется перенос населенности между двумя метастабильными состояниями 1S и 2S с помощью бихроматического фазомодулированного (частотно-чирпированного) лазерного импульса с учетом релаксационных процессов в системе. Показано, что такой перенос населенности может полностью осуществляться без значительного заселения возбужденного состояния, если длительность бихроматического импульса намного меньше времен релаксации системы. Спонтанный распад возбужденного состояния и дефазировка квантовых состояний приводят к неполному переносу населенности между метастабильными состояниями. The dipole matrix elements for optical transitions 1S – 2P and 2S – 2P of a shallow donor impurity in a graphene monolayer with an opened energy gap are calculated in a perpendicular magnetic field using a variational approach. In the next step, population transfer between the two metastable states 1S and 2S by a bichromatic phase modulated (frequency chirped) laser pulse is analyzed taking into account relaxation processes in the system. It is demonstrated that such population transfer may be performed in a robust way without a considerable population of the excited state 2P if duration of the bichromatic pulse is much shorter than the relaxation times of the system. Spontaneous decay of the excited state and dephasing relaxation processes result in not complete transfer of the population between the metastable states.
С использованием вариационного метода рассчитаны дипольные матричные элементы для оптических переходов 1S – 2P и 2S – 2P мелкой донорной примеси в монослое графена с открытой энергетической щелью в перпендикулярном магнитном поле. Далее анализируется перенос населенности между двумя метастабильными состояниями 1S и 2S с помощью бихроматического фазомодулированного (частотно-чирпированного) лазерного импульса с учетом релаксационных процессов в системе. Показано, что такой перенос населенности может полностью осуществляться без значительного заселения возбужденного состояния, если длительность бихроматического импульса намного меньше времен релаксации системы. Спонтанный распад возбужденного состояния и дефазировка квантовых состояний приводят к неполному переносу населенности между метастабильными состояниями. The dipole matrix elements for optical transitions 1S – 2P and 2S – 2P of a shallow donor impurity in a graphene monolayer with an opened energy gap are calculated in a perpendicular magnetic field using a variational approach. In the next step, population transfer between the two metastable states 1S and 2S by a bichromatic phase modulated (frequency chirped) laser pulse is analyzed taking into account relaxation processes in the system. It is demonstrated that such population transfer may be performed in a robust way without a considerable population of the excited state 2P if duration of the bichromatic pulse is much shorter than the relaxation times of the system. Spontaneous decay of the excited state and dephasing relaxation processes result in not complete transfer of the population between the metastable states.
На основе вариационного подхода получены энергии основного 1S и первых возбужденных состояний 2P, 2S мелкой донорной примеси в монослое графена с открытой энергетической щелью в перпендикулярном магнитном поле. Показано, что энергии низших состояний и расстояние между ними можно перестраивать в области нескольких десятков мэВ, изменяя значение параметра тонкой структуры и величину магнитного поля. На основе полученных результатов рассчитаны дипольные матричные элементы для оптических переходов 1S–2P+ и 2S–2P+. Далее рассматривается когерентный перенос населенности между двумя метастабильными состояниями 1S и 2S, создаваемый одним частотно-модулированным (чирпированным) лазерным импульсом. Показано, что такой перенос населенности может осуществляться без значительной заселенности возбужденного состояния, если изначально заселенность рассматриваемой квантовой системы была локализована в одном из метастабильных состояний. Дополнительно исследован случай, когда система изначально находилась в суперпозиции двух метастабильных состояний. The energies of the ground 1S and first excited states 2P, 2S of a shallow donor impurity in graphene monolayer with opened energy gap in a perpendicular magnetic field are obtained using a variational approach. It is shown that the energies of the lowest states and distance between them can be tuned in the region of few ten meV by changing the value of the fine structure parameter and magnitude of the magnetic field. A model of a soft Coulomb interaction is suggested. Based on the results obtained, the dipole matrix elements for optical transitions 1S – 2P+ and 2S – 2P+ are calculated. In the next step, coherent population transfer between the two metastable states 1S and 2S produced by a single frequency modulated (chirped) laser pulse is considered. It is demonstrated that such population transfer may be performed without considerable population of the excited state 2P+ if initially population of the quantum system under consideration is localized in one of the metastable states. Additionally, the case when the system is in superposition of two metastable states initially is investigated.
На основании приближенного решения уравнения Шредингера изучено воздействие пары предельно коротких, субцикловых импульсов малой амплитуды на квантовую систему. Показано, что в случае, когда длительность импульсов короче обратных частот атомных переходов, вероятность переходов между уровнями определяется электрической площадью импульса и временной задержкой между ними. Как следствие этого факта, униполярный импульс по сравнению с биполярным способен оказывать более эффективное воздействие на систему, а последовательность импульсов реализует селективное воздействие на квантовые объекты, несмотря на нерезонансный характер взаимодействия. Ключевые слова: предельно короткие импульсы, униполярные импульсы, аттосекундные импульсы.
Впервые показано, что при изменении временных параметров возбуждающего импульса лазера (величина чирпа, длительность импульса и его амплитуда) можно управлять величиной и знаком эффекта " конденсации спектра" импульса на частоте резонансного перехода плотной резонансной среды.Важно отметить, что при этом энергия и спектр возбуждающего импульса остаются неизменными.С помощью прямых временных измерений также показано, что импульс индуцированного суперизлучения паров рубидия имеет осцилляторный характер и представляет собой длительный затухающий цуг коротких импульсов.Длительность и период повторения импульсов в цуге определяются плотностью атомов среды N 0 , а длительность всего импульса суперизлучения (10 ps) значительно превосходит длительность возбуждающего лазерного импульса (50 fs).
Для произвольного (четного или нечетного) числа майорановских фермионов без использования какой-либо симметрии гамильтониана показано, что спектр системы обладает свойствами суперсимметрии и вырожденности. Исследуется суперсимметрия при конечной температуре. Этот анализ основан на введении зависимости от температуры в формализм термополевой динамики для майорановских фермионов. С помощью преобразований Боголюбова вычислены сплетающие операторы при ненулевой температуре и найдено их действие на температурное состояние Белла. На основе степени совпадения квантовых состояний вычисляется расстояние между состояниями при ненулевой температуре и соответствующими чистыми состояниями. В пределе нулевой температуры восстанавливаются чистые состояния и степень совпадения стремится к единице. Результаты этих вычислений позволяют проанализировать влияние температуры на эволюцию системы.
Интерес к униполярным импульсам в оптике связан с возможностью их эффективного воздействия на квантовые объекты. В работе изучается взаимодействие короткого прямоугольного униполярного импульса с двухуровневой резонансной средой в условиях, когда длительность импульса меньше времен релаксации среды. Парадоксальным является тот факт, что поляризация и разность заселенностей среды осциллирует не на частоте Раби, а на частоте, пропорциональной сумме квадратов частоты резонансного перехода среды и частоты Раби импульса. Данное явление аналогично эффекту Штарка, которое заключается в сдвиге частот переходов среды в постоянном внешнем электрическом поле. Обсуждается возможность генерации излучения на частотах, превосходящих частоту резонансного перехода при возбуждении среды прямоугольным униполярным импульсом. Ключевые слова: униполярные импульсы, двухуровневая система, осцилляции Раби.
ДИНАМИКА АМПЛИТУД ВЕРОЯТНОСТИ В ВОДОРОДОПОДОБНОМ АТОМЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЬНОГО ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ С УЧЕТОМ ПЕРЕХОДОВ В КОНТИНУУМ М.В.Рябинина, Л.А.МельниковИсследована динамика заселенностей уровней 4s и 3p атома водорода при действии сильного лазерного одночастотного линейно поляризованного поля в условиях одно-, двух-и трехфотонного резонанса, а также при достаточно большой отстройке частоты поля от частоты перехода без использования теории возмущений и приближения медленно меняющихся заселенностей.Показано, что существует низкочастотная модуляция оптических колебаний, частота которой при некоторых значениях амплитуды поля обращается в нуль.Для перехода 3s ↔ 2p исследована динамика заселенностей дискретных уровней 3s и 2p, а также состояний в континууме, связанных с уровнем 3s оптическим переходом.Продемонстрированы когерентные осцилляции заселенности континуальных уровней.