近期，NatureMaterials《自然•材料》在线发表了武汉大学物理科学与技术学院刘晓泽教授的最新研究成果。论文题为“Nonlinear valley phonon scattering under the strong coupling regime”（《强耦合机制下的非线性谷声子散射》）。
刘晓泽教授和美国加州大学伯克利分校易骏博士是第一作者，加州大学伯克利分校教授、香港大学校长张翔教授是通讯作者，合作者包括厦门大学的田中群教授、李剑锋教授和清华大学（台湾）的李奕贤教授等。武汉大学为论文共同署名单位。
半导体光腔强耦合机制下的新型准粒子，即激子极化激元，是玻色爱因斯坦凝聚（BEC）、超流体、光子阻塞等量子研究的主要研究对象之一。在这些量子研究中，固体中晶格振动的声子都起到关键性的作用。例如，声子直接决定了激子极化激元BEC相图的边界，也可以加强激子极化激元的相干性和单光子的非线性。然而，由于声子复杂的非辐射特性，对声子和激子极化激元等粒子相互作用的研究还停留在间接推测和理论预测的阶段。
这项工作通过二维半导体和等离激元纳腔强耦合机制直接探测非线性的谷声子散射（如下图），展示了强耦合下非线性声子的相干性，阐明了激子极化激元BEC和光子阻塞中声子的关键作用。根据二维半导体中谷自由度的圆偏振选择性，谷声子的非线性散射具有相干特性，增强了谷偏振度，并且保护它不受其他退相干过程的影响。
二维半导体纳腔强耦合机制下的非线性谷声子散射。a，强耦合机制下的激子极化激元示意图；b，左侧是强耦合机制下的声子散射示意图。右侧是不同谷声子散射的示意图。
这些发现可以拓展到更加复杂的电子、声子和光相互作用，有助于开发谷电子学应用，并为腔量子电动力学框架下玻色爱因斯坦凝聚和单光子源的量子相干研究提供了新的思路。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41563-021-00972-x
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