最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室刘伍明研究组在光与物质相互作用领域取得重要进展。他们发现在包含冷原子的两个弱耦合微腔的光学系统中可以产生一种新颖的量子效应——光子约瑟夫森效应（Josephson effect of photons），并进一步设计了相干光子干涉器件。这项新的研究工作对进一步认识新奇量子现象，特别是耦合原子—微腔系统的新型量子效应具有非常重要的意义。

 

研究光与物质相互作用以及揭示新奇量子现象，并利用其奇异性质设计新型的量子器件，是人们长期以来一直感兴趣的问题，例如1997年度诺贝尔物理学奖授予美国斯坦福大学朱棣文教授、美国标准与技术研究院菲利普斯博士和法国巴黎高师科昂—塔诺季教授，以表彰他们发明了用激光冷却来俘获原子的方法。2001年度诺贝尔物理学奖授予美国标准与技术研究院科纳尔博士和威依迈博士、麻省理工学院凯特纳教授，以表彰他们实现碱性原子的玻色—爱因斯坦凝聚，揭示了一种新的物质状态。1973年诺贝尔物理学奖授予英国剑桥大学约瑟夫森，以表彰他对穿过隧道壁垒的超导电流所作的理论预言：对于超导体—绝缘层—超导体互相接触的结构，只要绝缘层足够薄，超导体内的电子对就有可能穿透绝缘层势垒，即约瑟夫森效应。作为一种宏观量子效应，约瑟夫森效应不仅具有重要的理论意义，而且有广泛的实际应用，例如制作超导量子干涉器件。刘伍明研究组自1999年以来一直致力于光与物质相互作用的研究，并取得了一些重要研究成果，曾先后在 Physical Review Letters 上发表论文 7 篇，其中单篇被SCI论文引用超过100 次有2篇。

 

博士后纪安春、博士生孙青、研究员谢心澄和刘伍明最近设计了包含二能级冷原子的两个弱耦合微腔的光学系统。他们发现通过调节微腔中的冷原子运动，将包含冷原子的两个弱耦合微腔的光学系统设计成类似超导和超流的电路，产生了一种新颖的量子效应——光子的交流和直流约瑟夫森效应（a. c. and d. c. Josephson effect of photons），并进一步设计了相干光子干涉器件。这项新的研究工作对进一步认识新奇量子现象，特别是耦合原子—微腔系统的新型量子效应具有非常重要的意义。

 

相关研究得到中国科学院、国家自然科学基金委员会和科技部的支持。这一研究成果已发表在2009年1月15日出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）102，023602（2009）上。（来源：中国科学院物理研究所）