光与物质的耦合探索

强相互作用的霍尔标志 

苏黎世联邦理工大学物理学家发现了一种意想不到的方法来增强极性子之间的相互作用，即通过适当地准备光子将要与之相互作用的电子。具体地说，它们开始于电子最初处于所谓的分数量子霍尔（fractional quantum hall）状态，即电子被限制在二维空间并暴露在高磁场中，形成完全由电子-电子相互作用驱动的高度相关态。对于确定了表征量子霍尔态的所谓填充因子的外加磁场的特定值，他们观察到光子照射在样品上并从样品中反射，显示出光学耦合到量子霍尔态的清晰特征。 

重要的是，光信号对电子系统填充因子的依赖性也出现在信号的非线性部分，这是极性子相互作用的一个强指标。在分数量子霍尔体系中，极化子-极化子相互作用比在该体系外的电子实验强10倍。相对于目前的能力而言，这种一个数量级的增强是一个显著的进步，并且可能足以使“极化学”的关键演示得以进行（如强极化封锁）。这一点与Knüppel等人的实验一样重要。与之前的许多尝试相比，交互作用的增加并不是以牺牲极化寿命为代价的。 

非线性光学的力量和挑战 

除了操纵光的意义外，这些实验还将二维电子系统的许多体态的光学特性提升到一个新的水平。它们确定了如何将微弱的非线性对信号的贡献从主要线性贡献中分离出来。这已经通过苏黎世联邦理工大学研究人员开发的一种新型实验得以实现。一个主要的挑战是处理必须用相对大功率光照亮样品的要求，以调整微弱的非线性信号。为了确保撞击半导体的光子不会对电子系统造成不必要的修改，特别是俘获电荷的电离，Imamoglu-Wegscheider团队设计了一种降低了对光敏感度的样品结构，并用脉冲激励，而不是连续激励，以尽量减少暴露在光下。 

现在开发的用于测量量子霍尔态非线性光学响应的工具集应能使人们对线性光学测量或传统传输实验的可能性有新的认识。对于那些研究光子激发与二维电子系统之间相互作用的人们来说，这是一个受欢迎的消息——二维电子系统是一个不缺少开放的科学问题的领域。 

原文来源：https://phys.org/news/2019-07-coupled-exploration.html