理学院青年教师朱贵蕾在超辐射相变调控领域取得重要研究进展

近日，我校理学院青年教师朱贵蕾博士在国际物理学顶级期刊Physical Review Letters发表了题为 “Nonreciprocal Superradiant Phase Transitions and Multicriticality in a Cavity QED System” 的研究论文。朱贵蕾博士是论文的第一作者，华体会体育（中国）HTH·官方网站理学院为第一署名单位，华中科技大学的吕新友教授和日本理化学研究所的Franco Nori教授为共同通讯作者。该工作受到科技部国家重点研发计划（2021YFA1400700）的资助。

图1: 全光操控的非互易超辐射相变和多临界现象（相图中三角形表示三相点，圆圈表示多临界点）

在该研究成果中，作者提出了在腔QED系统中利用外部场全光操控稳态超辐射相变和多临界点的理论方法。他们考虑单个二能级原子与回廊模式微腔的两个反向传播模式同时相互作用，系统哈密顿量用双耦合的Jaynes-Cummings（JC） 模型描述。通常情况下，在腔体耗散存在时，双耦合JC哈密顿量不会发生超辐射相变。他们考虑在微腔中嵌入χ⁽²⁾非线性介质，当一个经典场从一端输入时，腔模被定向泵浦，从而激活相变。参数泵浦过程产生的双光子驱动使哈密顿量从U(1) 对称性变成了Z₂对称性。这个受驱动-耗散的装置允许稳态超辐射相变发生在实验上易于实现的腔QED系统中：相变不需要超强的原子-场耦合，而且热力学极限条件可以通过调节外部泵浦场的频率轻松实现。有趣的是，微腔的旋转和单向压缩共同导致了当外部经典场从两端输入时，超辐射相变的临界点向相反方向移动。因此，系统表现出非互易的一阶和二阶超辐射相变。此外，系统相图出现了三相点和多临界点，这两种临界点都表现出非互易性，并可以通过外部场进行精确操控[见图1]。与传统的磁系统或电系统相比，全光操控方案具有紧凑性强、易于集成和功耗低等优势。该工作将相变和多临界理论与非互易物理结合，将为芯片级的单向超辐射激光器和集成的高精度量子传感等新应用提供重要的理论指导。相关研究成果发表在Phys. Rev. Lett. 132, 193602 (2024) .

理学院高度重视青年教师培养，出台了《理学院科学研究优秀成果奖评选办法》等一系列举措，强化有组织科研，充分发挥优秀青年创新人才的学术潜力，争创标志性成果，进一步提高学院科研水平和师资队伍水平。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.193602

作者简介

朱贵蕾，2021年博士毕业于华中科技大学，博士期间在美国德克萨斯大学河谷分校开展了为期9个月的学术访问研究。2021年-2023年在日本理化学研究所从事博士后研究。2024年1月加入华体会体育（中国）HTH·官方网站物理系。主要研究方向：腔光力学，腔量子电动力学，量子相变等。