[发明专利]一种二能级原子与双曲超构材料板之间Casimir-Polder力的计算方法

说明书

本发明公开了一种二能级原子与双曲超构材料板之间Casimir‑Polder力的计算方法，包括步骤：S11.建立二能级原子和双曲超构材料板模型；S12.根据建立的模型确定双曲超构材料板的电磁特性；S13.计算双曲超构材料板中各向异性介质随时间演化的电场；S14.根据得到的电场计算原子内部动力学下的频移；S15.根据得到的频移计算二能级原子和双曲超构材料板模型的Casimir‑Polder力。本发明能够分析处于激发态的二能级原子共振频率分别位于双曲频段和非双曲频段时，原子所受Casimir‑Polder力的变化；本发明能够准确地反映出材料板间距对二能级原子与双曲超构材料板间Casimir‑Polder力的影响；由填充因子改变所反映的二能级原子与双曲超构材料板间Casimir‑Polder力的变化趋势本发明也能准确分析。

技术领域

本发明涉及量子光通信技术领域，尤其涉及一种二能级原子与双曲超构材料板之间Casimir-Polder力的计算方法。

背景技术

Casimir-Polder(CP)力起源于场和偶极动量的量子涨落，它是一个中性原子或分子与平面、介质板或者是其他宏观物体之间的一种色散力。当原子初始处于基态时，Casimir-Polder力会迅速衰减到零，而激发态原子所受的Casimir-Polder力比基态原子强得多，并且随着原子与表面的距离增大，振幅按正弦方式逐渐减小，特别地，激发态原子受到的Casimir-Polder力可以是排斥力。Casimir-Polder力在物理化学、原子光学和腔QED的各个方面中都起着重要作用，并且在纳米技术中的许多潜在应用里同样发挥作用，例如构造原子力显微镜或反射原子光学元件，以及制备原子Mach-Zehnder型干涉仪。

近年来，双曲超构材料(HMMs)的研究引起广泛关注，此材料具有极强的各向异性，且其介电常数或磁导率张量中的正交分量异号，这种特殊性使其具有广阔的应用前景。包括QED效应的增强、热超导电性、生物传感、以及亚波长成像等。因此，本发明提出一种二能级原子与双曲超构材料板之间Casimir-Polder力的计算方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种二能级原子与双曲超构材料板之间Casimir-Polder力的计算方法，本发明所使用的双曲超构材料模型比较接近于实际的双曲超构材料的实验结构，作为测试模型具有应用价值。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种二能级原子与双曲超构材料板之间Casimir-Polder力的计算方法，包括步骤：

S1.建立二能级原子和双曲超构材料板模型；

S2.根据建立的模型确定双曲超构材料板的电磁特性；

S3.计算双曲超构材料板中各向异性介质随时间演化的电场；

S4.根据得到的电场计算原子内部动力学下的频移；

S5.根据得到的频移计算二能级原子和双曲超构材料板模型的Casimir-Polder力。

进一步的，所述步骤S1具体为：

选择真空中二能级原子位于厚度为d_M、介电常数为ε、磁导率为μ的双曲超构材料板右侧的结构模型，并以双曲超构材料右界面为z轴零点，原子的位置矢量r_A＝(0,0,z_A)，z轴分量为z_A(z_A＞0)，建立二能级原子和双曲超构材料板模型。

进一步的，所述步骤S2中双曲超构材料板的材料包括电双曲超构材料ε-HMM和磁双曲超构材料μ-HMM。

进一步的，所述电双曲超构材料ε-HMM介电常数张量，表示为：