Polaron master equation theory of the quantum-dot Mollow triplet in a semiconductor cavity-QED system
Notice bibliographique
Résumé
We present a comprehensive theoretical study of the resonance fluorescence spectra of an coherently-driven quantum dot (QD) placed inside a high-$Q$ semiconductor cavity and interacting with an acoustic-phonon bath. We derive a quantum master equation (ME) in the polaron frame, which includes exciton-phonon and exciton-cavity coupling to all orders. This work details and extends the theory used in a recent paper [C. Roy and S. Hughes, Phys. Rev. Lett. 106, 247403 (2011)] to describe the QD Mollow triplet in the regime of semiconductor cavity QED. Here, we introduce two ME forms, Nakajima-Zwanzig and time convolutionless (TC), both to second order in the system--phonon-reservoir perturbation. In the polaron frame, these two ME forms are shown to yield equivalent population dynamics and fluorescence spectra for a continuous wave (cw) driving field. We also demonstrate that a Markov approximation is valid for computing the incoherent scattering processes, and we subsequently exploit the TC ME to explore the resonance fluorescence spectra of an exciton-driven QD. Both cavity-emitted and exciton-emitted spectra are studied, and these are found to have qualitatively different spectral features. Using a coherent driving field, the well-known characteristics of the atomic Mollow triplet are shown to be considerably modified with electron--acoustic-phonon scattering, and we highlight the key effects arising from both cavity coupling and electron-phonon coupling. Regimes of pronounced cavity feeding and anharmonic cavity QED are exemplified, and we find that the cavity coupling depends sensitively on the exciton-cavity detuning and the temperature of the phonon bath. We show how the full width at half maximum (linewidth) of the Mollow-triplet sidebands varies as a function of the square of the Rabi frequency of the cw pump. Phonon-mediated cavity coupling also contributes to the spectral broadening of the Mollow triplet, depending upon the exciton-cavity detuning and the strength of the exciton-cavity coupling rate. Finally, we calculate the fluorescence spectra for off-resonance cw driving and investigate the resulting Mollow-triplet linewidths.
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,000 |
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