Cooperative Interactions in Lattices of Atomic Dipoles

این پایان نامه کشف قابل توجهی را گزارش می دهد که با چیدن دوقطبی ها در یک آرایه مرتب با فواصل خاص، می توان سطح مقطع را تا حد زیادی افزایش داد و به یک جفت قوی ماده نور (بیش از 98٪ نور فرودی) دست یافت. . همچنین پیشینه گسترده رفتار مشارکتی در مجموعه‌های اتمی را مورد بحث قرار می‌دهد و اثرات مفصل را در آرایه‌های اتمی یک‌بعدی و دو بعدی تحلیل می‌کند. به طور کلی، هنگامی که نور با ماده تعامل می کند، دوقطبی های الکتریکی را تحریک می کند و از قرن نوزدهم مشخص شده است که اگر دامنه این دوقطبی های القایی به اندازه کافی بزرگ باشد و فاصله آنها از یکدیگر در مقیاس طول موج نور باشد، آنگاه آنها تعامل متقابل به طور قابل توجهی برهمکنش نور-ماده را تغییر می دهد. با این حال، نحوه بهره برداری از این اثر برای اصلاح برهمکنش نور-ماده به شیوه ای مطلوب، به عنوان مثال به منظور افزایش سطح مقطع نوری، مشخص نبود.

This thesis reports the remarkable discovery that, by arranging the dipoles in an ordered array with particular spacings, it is possible to greatly enhance the cross-section and achieve a strong light-matter coupling (>98% of the incident light). It also discusses the broad background to cooperative behaviour in atomic ensembles, and analyses in detail effects in one- and two-dimensional atomic arrays. In general, when light interacts with matter it excites electric dipoles and since the nineteenth century it has been known that if the amplitude of these induced dipoles is sufficiently large, and their distance apart is on the scale of the wavelength of the light, then their mutual interaction significantly modifies the light–matter interaction. However, it was not known how to exploit this effect to modify the light–matter interaction in a desirable way, for example in order to enhance the optical cross-section.