تشديدهاي تداخل چند ترازه در سيستم‌هاي كوانتومي چهار‌ترازه‌ي به‌طور قوي تحريك‌شده

Multilevel Interference Resonances in Strongly Driven four-Level Quantum Systems

در اين مقاله، تشديدهاي چند فوتوني چندترازه‌ در يك سيستم كوانتومي چهارترازه‌ي به‌طور قوي تحريك‌ شده، را مورد مطالعه قرار مي‌دهيم كه در آن يك تراز به‌صورت دوره‌اي، شكاف‌هاي انرژي ثابت E و 2E بين ساير ترازها را جاروب مي‌كند. در نزديكي شرايط تشديد چند فوتوني به‌طور كيفي رفتارهاي متفاوتي به‌ازاي تعداد فوتون‌هاي زوج يا فرد پيدا مي‌كنيم. اين پديده را برحسب گروه‌هايي از مسيرهاي تداخلي سيستم چندترازه توجيه مي‌كنيم. براي تحليلي دقيق، مبتني بر رفتار اختلالي برحسب پارامترهايي كوچك كه حد تحريك قوي را مشخص مي‌كنند، رژيم وافازي قوي كه به‌وسيله‌ي افت‌ و خيزهاي نويز سفيد گـوسي بر روي هـر يك از تـرازهاي انرژي غيرمختـل مدل‌سازي مي‌شود را معـرفي مي‌كنيم. در اين رژيم، آهنگ‌هاي گذار بين ترازي را محاسبه نموده و مرتبه‌ي چهارم در جفت‌شدگي‌ها را به‌دست مي‌آوريم. سرانجام نتايج ‌به‌دست آمده را به مشاهدات تجربي كه درآن‌ها جريان از طريق نقاط كوانتومي دوگانه‌ي اسپين سد‌شده در حضور ميدان متناوب اندازه‌گيري شده است، مربوط مي‌سازيم. كه اين موضوع به انواعي از سيستم‌هاي حالت‌جامد و اتمي يا مولكولي مربوط مي‌باشد. اين تحقيق به‌طور خاص مكانيزمي واضح براي توجيه مشاهدات تجربي مبهم در نقاط كوانتومي دوگانه‌ي به‌طور قوي تحريك‌شده ارائه مي‌نمايند.

In this paper, we study multilevel multi-photon resonances in a strongly driven four-level quantum system, where one level is periodically swept through other levels with constant energy separation E and 2E. Near the multi-photon resonance conditions, we find qualitatively different behavior for the number of even or odd photons. We explain this phenomenon in terms of families of interfering trajectories of the multilevel system. For beginning our detailed analysis based on a perturbative treatment in terms of the small parameters that characterize the strong driving limit, we introduce the strong-dephasing regime that is modeled by Gaussian white-noise fluctuations on each of the unperturbed energy levels. Within this model we calculate the rates of inter-level transitions, working up to fourth order in the couplings. Finally, we connect our results to the experiments in which current through spin-blockaded double quantum dots was measured in the presence of strong ac driving. The setup can be relevant for a variety of solid state and atomic or molecular systems. In particular, it provides a clear mechanism to explain recent puzzling experimental observations in strongly driven double quantum dots.