Kvantový popis superzářivosti emitorů s plazmonicky zprostředkovanou interakcí

Abstract

Superzářivost je zesílení rychlosti spontánní emise, které má původ ve vzájemné vazbě mezi emitory. Tato práce se zabývá superradiancí skupiny emitorů, které jsou vzájemně vázány skrz plazmonickou nanočástici. Plasmonem zprostředkovaná superzářivost se projevuje výraznějším zesílením rychlosti spontánní emise, jelikož plazmonická částice poskytuje další možnost pro vyzáření energie. V rámci práce jsme vytvořili kvantový model systému emitorů vázaných k plazmonické částici, který nám umožňuje rozlišit mezi náhodným rozfázováním emitorů a jejich rekombinací. Práce ukazuje, že náhodné rozfázování může porušit kooperativní chování emitorů, které vede k superradianci. Dále je v práci popsán efekt přímé vzájemné vazby mezi emitory na časový vývoj systému v závislosti na jeho konfiguraci a jsou stanoveny podmínky, při kterých systém vyzařuje výrazně pomaleji právě z důvodu přímé vzájemné vazby.Superradiance is an enhanced decay of an excited system of emitters resulting from their mutual coupling. This thesis is focused on superradiance of the emitters coupled via their interaction with a plasmonic nanoparticle. So-called plasmon-mediated superradiance results in even stronger enhancement of the decay rate as the nanoparticle serves as an additional decay chanel. We have developed a quantum model of the system of emitters coupled to a plasmonic nanoparticle, which allows us to differentiate between a pure dephasing and decay processes. We show that the pure dephasing can destroy the cooperative effect leading to superradiance. Furthermore, we have studied how the direct mutual coupling between emitters affects time evolution of the system in dependence on its configuration, and we show conditions when a decay of the system is dramatically decreased by direct coupling.