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分子轨道洞察等离子体诱导的甲烷光解
摘要：等离子体诱导光催化是一种降低传统热分解温度的有效方法，已被用于甲烷脱氢。本文，我们利用时间相关密度泛函理论，通过分子轨道洞察，探讨了等离子体诱导甲烷在四面体 Ag 20 纳米粒子上解离的微观动力学机制。我们巧妙地通过 Hellmann-Feynman 力建立了化学键和分子轨道之间的关系。时间和能量分辨的光载流子分析表明，由于 Ag 纳米粒子和 CH 4 轨道的强杂化，在低激光强度下，从 Ag 纳米粒子到甲烷的间接热空穴转移主导光反应，而间接和直接电荷转移共存，促进甲烷在强激光场中的解离。我们的研究结果可用于设计新型甲烷光催化剂，并强调了分子轨道方法在吸附质-底物体系中的广阔前景。关键词：局域表面等离子体、甲烷脱氢、光载流子动力学、分子轨道洞察、实时时间相关密度泛函理论
自发发射的时尚控制
我们提出了一种旨在在四级原子光耦合系统中与携带轨道角动量（OAM）相互作用的四级原子光耦合系统中自发发射系统中的时尚控制的方案。原子包含一个地面和两个激发态，并与两个激光场相结合，形成了一个V子系统，其中上部状态仅通过两个通道腐烂到共同的第四个状态。通过研究原子的各种初始状态，并考虑自发发射通道中的量子干扰的存在或不存在，我们分析了如何在发射光谱上携带OAM的涡流束烙印的特征。光学涡流与量子系统（包括其环境模式）之间的相互作用会引起各种各样的时尚行为，包括二维光谱狭窄，光谱峰增强，光谱峰抑制和空间azimuthal平面中的自发发射或淬火。我们的发现阐明了原子 - 涡流光束相互作用的动力学，并提供了对量子水平上发射特性操纵的见解。
增强与二能级原子相互作用的非线性 SU(1, 1) 量子系统的信息
量子系统的纠缠调控是量子计算和通信的基础，在量子信息处理中具有重要意义，因此引起了众多物理学家的兴趣[1–3]。此外，为了增强纠缠和量子关联，人们提出了许多理论和实验方案[4–7]。纠缠度的测量可以通过不同的方法获得，例如冯·诺依曼熵[8,9]、共生度[10]、负性[11,12]和形成纠缠[13]。同样，纠缠路径也可以通过一些测量来预测，例如熵压缩[14]、层析成像熵[15,16]、维格纳函数[17]、量子不确定性和局域量子 Fisher 信息[18]。众所周知，在量子光学中，光与物质的相互作用存在着许多有趣的问题。这些问题分别是原子-场相互作用[19–21]、原子-原子相互作用[22,23]和场-场相互作用[24,25]。这些相互作用包含许多在实验系统中观察到的自然现象。此外，这些类型的相互作用可以用一些数学工具来描述，以从一种结构转换为另一种结构。一组两能级原子与量子化场之间的相互作用已转化为电磁场[26]、原子-原子或场-原子相互作用的三种模式[27,28]。在此背景下，我们旨在研究两能级原子与 SU(1, 1) 李代数类别之间的相互作用，其中原子可以被视为 SU(2) 李代数中正则化的粒子。许多作者已经研究了 SU(1,1) 和 SU(2) 量子系统之间的相互作用[14, 29]。讨论了阻尼库对 k = 1 / 4 时 Barut-Girardello 态的影响 [30]。研究了外部经典场系统耦合参数对 SU(1,1) 和 SU(2) 相互作用的影响 [31,32]。研究了量子 Fisher 信息 (QFI) [33, 34] 与以两种非简并模式相互作用的两个原子的量子纠缠之间的关系 [35]。给出了 SU(1,1) 李代数与三能级原子在激光场中的相互作用，该激光场与理想激光和真实激光有关 [32]。通过球谐函数可以生成 Barut-Girardello 态，该态可以描述系统纠缠 [36]。通过使用具有强度相关耦合和外部场的 Jaynes-Cummings 模型 [37]，提出了 Perelomov 叠加可产生 Gilmore-Perelomov 类型的 SU(1, 1) 相干态。
调整两个相干耦合量子发射器的纠缠程度
控制和操纵量子纠缠非局域态是量子信息处理发展的关键一步。实现这种状态的一种有希望的大规模途径是通过相干偶极-偶极相互作用耦合固态量子发射器。纠缠本身就具有挑战性，因为它需要发射器之间的纳米距离和近乎简并的电子跃迁。通过实施高光谱成像来识别困在低温基质中的耦合有机分子对，我们通过斯塔克效应调节量子发射器的光学共振，获得了最大分子纠缠的独特光谱特征。我们还展示了使用振幅和相位定制的激光场对长寿命亚辐射离域态进行远场选择性激发。有趣的是，纠缠分子的光学纳米显微镜图像揭示了由其激发路径中的量子干涉产生的新空间特征，并揭示了每个量子发射器的确切位置。受控分子纠缠可以作为试验台，以解释由相干耦合控制的更复杂的物理或生物机制，并为实现新的量子信息处理平台铺平道路。
混乱诱导的光学手性
的手性和混乱都根植于对称性的破裂中，在基本和应用物理学中一直很有趣。尽管他们共同基础，但这两个基本概念在很大程度上是独立发展的，在交叉路口留下了未开发的潜力。在这里，我们报告了混乱诱导的光学手性，并在量子微叠剂中建立了这些基本现象之间的第一个直接联系。我们揭示了混乱的光动力学打破了时间反转对称性，从而在反推销腔模式之间产生了局部不平衡的强度。通过将手性变压器整合到微腔中，这种局部不平衡被转化为全球性手性，从而产生高度方向的娱乐内激光场，并具有测量的counterpropagation功率比超过10 dB。值得注意的是，这种混乱引起的手性表现出极大的鲁棒性，可以使变压器位置和跨不同空腔边界形状之间的变化具有多种变化，超过了传统方法的多功能性，从而为创新的手势光电设备，单向量子网络和超越。
原子和小分子中的强场诱导量子动力学
摘要 高强度激光场可以电离原子和分子，也可以引发分子解离。本文综述了利用冷靶反冲离子动量谱和定制强场飞秒激光脉冲的潜力所取得的实验最新进展。说明了通过检测离子动量来对分子结构和小分子取向进行成像的可能性。详细分析了非绝热隧道电离过程，重点关注隧道出口处电子波包的性质。本文综述了电子在圆偏振光隧穿过程中如何获得角动量和能量。电子是一个具有振幅和相位的量子物体。大多数强场电离实验都集中在电子波函数的绝对平方上。电子全息角条纹技术使得能够检索强场电离中的维格纳时间延迟，这是电子波函数在动量空间中的相位的属性。动量空间中的相位与位置空间中的振幅之间的关系使我们能够获取有关电子在隧道出口处的位置的信息。最后，讨论了最近研究强场电离纠缠的实验。
引用：Wang QS，Fang Y，Meng Y等。通过高阈值几何元图增强涡流场。 Opto-Electron Adv 7，240112（2024）
强烈的涡流梁有望赋予吸引人的现象和在高功率激光 - 物质相互作用中的应用。当前，多个涡流束的叠加显示了量身定制和增强涡流场的独特能力。但是，产生此类光束的传统策略遭受了大量或/和低激光诱导的损坏阈值的影响，从而阻碍了实际的广泛应用。在此，提出了一个高阈值跨表面，并通过实验证明了多个共线涡流梁的产生和叠加。该方案通过在方位角方向采用切片相模式的概念来利用元图设计中仅相位调制的高转换效率。实验可以实现具有增强强度和稳定空间传播的光点。此外，飞秒激光诱导的嵌入二氧化硅玻璃中的双重双向纳米结构被用作具有高光学效率的构件。透射率大于99.4％，并且在实验中验证了激光诱导的损伤阈值高达68.0 J/cm 2（在1064 nm，6 ns）的损伤阈值。考虑到这些出色的性能，所证明的高阈值超脸在许多高功率激光场中具有有希望的应用。
超短激光诱导电子空穴纳米等离子体的双流体等离子体模型
超短激光脉冲是诱导材料改性的有力工具 1–4。特别是在透明电介质中，超短激光脉冲可用于局部修改材料块内的化学结构、折射率、色心密度，光聚合，产生纳米光栅、表面纳米结构或内部空隙。大量应用领域受益于基础性进步：外科和生物医学应用、光子学、微流体学、高速激光制造 2,5–7。将这些应用推进到纳米结构需要数值建模的支持 8。在激光诱导的强场下，束缚电子从价带跃迁到导带 1,9,10，在价带中留下一个空穴。电子-空穴等离子体的粒子在激光场中被加速，通过碰撞电离导致自由载流子密度倍增，并可能产生致密的电子-空穴等离子体。最后，在远大于几皮秒的时间尺度上，材料内部发生热和结构事件 1 。我们的模型侧重于等离子体密度的积累，时间尺度可达几皮秒。已经开发了大量不同的模型来研究超短激光脉冲（约 100 fs）在高强度范围内（约 10 14 W/cm 2 ）在介电体中的传播以及随后的电离。这些模型可分为两类。第一类是几种
Th-229 核的激光激发
利用相干电磁辐射对基本量子系统进行共振激发是许多物理学实验的核心，例如原子和分子光谱、原子钟、量子信息处理等。相干激光激发有许多应用，特别是需要高精度控制量子叠加态的频率或相位时，但迄今为止它在核物理中几乎没有使用[1]。从典型的核激发能量和可用的激光光子能量之间的巨大不匹配可以理解激光激发原子核的困难。核激发已经在激光产生的等离子体中得到证实，其中相互作用是通过在强激光场中加速的电子介导的，电子在碰撞中或通过X射线范围内的轫致辐射与原子核相互作用[2]。不同的原子核已经通过同步辐射在6 – 60 keV能量范围内的跃迁上进行共振激发，寿命在纳秒到微秒范围内[3]。 Sc-45 的 12.4 keV 共振最近在欧洲 x 射线自由电子激光器 [4] 上被激发，其寿命为 0.47 秒。Th-229 原子核以其独特的低能同质异能态而闻名 [5 – 7] 。其激发能量为 8.4 eV，使核跃迁处于真空紫外 (VUV) 光谱范围内，使其可用于台式激光系统和精密光学工具的实验
用于量子计算和模拟的可扩展微潘宁阱阵列
我们建议使用二维 Penning 阱阵列作为量子模拟和量子计算的可扩展平台，以捕获原子离子。这种方法涉及将定义静态电四极子位置的微结构电极阵列放置在磁场中，每个位置捕获单个离子并通过库仑相互作用与相邻离子耦合。我们求解此类阵列中离子运动的正常模式，并推导出即使在存在陷阱缺陷的情况下也能实现稳定运动的广义多离子不变定理。我们使用这些技术来研究在固定离子晶格中进行量子模拟和量子计算的可行性。在均匀阵列中，我们表明可以实现足够密集的阵列，轴向、磁控管和回旋加速器运动表现出离子间偶极耦合，其速率明显高于预期的退相干。通过添加激光场，这些可以实现可调范围的相互作用自旋汉密尔顿量。我们还展示了局部电位控制如何隔离固定阵列中的少量离子，并可用于实现高保真门。使用静态捕获场意味着我们的方法不受系统尺寸增加时的功率要求限制，从而消除了标准射频陷阱中存在的重大缩放挑战。因此，这里提供的架构和方法似乎为捕获离子量子计算开辟了一条道路，以实现容错规模的设备。