物理與材料科學學院教師宋國柱副教授在Physical Review A上發表論文“Tunable photon scattering by an atom dimer coupled to a band edge of a photonic crystal waveguide”，該文章利用數值模擬的方法研究了一維光子晶體波導中原子二聚體的量子輸運特性及非線性光學性質，我們發現該系統可以實現高保真度的量子相位門，并且系統中存在按需定向散射特征。
最近，隨著納米技術的不斷發展，一維波導中量子發射器對光子的散射問題得到廣泛研究。一維光學納米波導系統十分特別，它不僅可以束縛光子，還可以增強光子和量子發射器之間的相互作用強度，這兩個特點對于量子信息技術和量子設備應用都是十分重要的。尤其地，由于其獨特的結構和新奇的性質，光子晶體波導為探索光子和原子間非線性相互作用提供了新的途徑，吸引了人們廣泛的關注。當囚禁在光子晶體波導附近的原子被激發且激發頻率處在其能帶的帶隙時，原子自發輻射產生的光子無法在波導中傳輸。有趣的是，這會在原子附近產生指數衰減的倏逝場，也即形成一個原子-光子束縛態。當囚禁在同一個光子晶體波導的其它原子也處在這個局域的倏逝場內時，人們就獲得了可調控的原子間的多體相互作用。基于此，我們研究了一維光子晶體波導中原子二聚體的可調控的量子輸運特性。在弱激發狀態下，我們給出了綴飾態下的能級分布及其向波導模式的衰退率，這兩者都高度依賴于兩個原子之間的距離。其中，我們重點關注了布拉格情況和反布拉格情況，存在亞輻射態和超輻射態，并且在共振時可能發生具有
相位的完美傳輸。我們還觀察到反布拉格情況下的定向光子發射，并給出了完美傳輸的動態機制。此外，我們分析了系統缺陷的影響，包括兩個原子之間距離的偏差和原子向波導模式衰退率的不對稱性。隨著超導微波傳輸線實驗的最近進展，我們的結果應該很快就能實現。
該工作近期被Physical Review A接收發表。物理與材料科學學院宋國柱副教授為論文第一作者兼通訊作者，研究生王林雄為第二作者，天津師范大學為第一單位。該研究工作得到了天津市自然科學基金（No.23JCQNJC00560）和國家自然科學基金（No.12004281，No. 62371038）的支持。
論文鏈接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.111.023707
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