論文の概要: Quantum Electrodynamic Control of Matter: Cavity-Enhanced Ferroelectric Phase Transition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2003.13695v3
• Date: Tue, 15 Sep 2020 23:46:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-27 12:02:58.429146
• Title: Quantum Electrodynamic Control of Matter: Cavity-Enhanced Ferroelectric Phase Transition
• Title（参考訳）: 物質の量子電気力制御:キャビティ強化強誘電相転移
• Authors: Yuto Ashida, Atac Imamoglu, Jerome Faist, Dieter Jaksch, Andrea Cavalleri, Eugene Demler
• Abstract要約: 金属鏡からなる空洞に埋もれた双極子量子多体系について検討した。 金属鏡における双極子フォノン,キャビティ光子,プラズモンなどの基本励起のハイブリッド化を解析した。 以上の結果から, 外部ポンプを使わずに光物質結合により超ラジカル型遷移を誘導する可能性が示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The light-matter interaction can be utilized to qualitatively alter physical properties of materials. Recent theoretical and experimental studies have explored this possibility of controlling matter by light based on driving many-body systems via strong classical electromagnetic radiation, leading to a time-dependent Hamiltonian for electronic or lattice degrees of freedom. To avoid inevitable heating, pump-probe setups with ultrashort laser pulses have so far been used to study transient light-induced modifications in materials. Here, we pursue yet another direction of controlling quantum matter by modifying quantum fluctuations of its electromagnetic environment. In contrast to earlier proposals on light-enhanced electron-electron interactions, we consider a dipolar quantum many-body system embedded in a cavity composed of metal mirrors, and formulate a theoretical framework to manipulate its equilibrium properties on the basis of quantum light-matter interaction. We analyze hybridization of different types of the fundamental excitations, including dipolar phonons, cavity photons, and plasmons in metal mirrors, arising from the cavity confinement in the regime of strong light-matter interaction. This hybridization qualitatively alters the nature of the collective excitations and can be used to selectively control energy-level structures in a wide range of platforms. Most notably, in quantum paraelectrics, we show that the cavity-induced softening of infrared optical phonons enhances the ferroelectric phase in comparison with the bulk materials. Our findings suggest an intriguing possibility of inducing a superradiant-type transition via the light-matter coupling without external pumping. We also discuss possible applications of the cavity-induced modifications in collective excitations to molecular materials and excitonic devices.
• Abstract（参考訳）: 光-物質相互作用は、材料の物理的特性を質的に変化させるのに利用できる。 近年の理論的および実験的研究は、強い古典的電磁放射による多体系の駆動に基づく光による物質制御の可能性を探究し、電子的または格子的自由度に対する時間依存ハミルトニアンを導いた。 避けられない加熱を避けるため、超短パルスのポンププローブは、材料の過渡的な光誘起変化を研究するためにこれまで用いられてきた。 ここでは、電磁環境の量子揺らぎを変化させることで、量子物質を制御する別の方向を追求する。 光-電子相互作用に関する以前の提案とは対照的に、金属ミラーからなる空洞に埋め込まれた双極子量子多体系を検討し、量子光-物質相互作用に基づいて平衡特性を操作する理論的枠組みを定式化する。 本研究は, 金属鏡における双極子フォノン, キャビティフォトン, プラズモンなどの基本励起のハイブリッド化を, 強い光・物質相互作用の過程におけるキャビティ閉じ込めから生じている。 このハイブリダイゼーションは集団励起の性質を定性的に変化させ、幅広いプラットフォームにおけるエネルギー準位構造を選択的に制御するために使用できる。 特に量子パラ誘電体では、空洞誘起光フォノンの軟化により、バルク材料と比較して強誘電相が促進されることが示されている。 以上の結果から,外部ポンプを使わずに光物質結合により超ラジカル型遷移を誘導する可能性が示唆された。 分子材料や励起デバイスへの集合励起におけるキャビティ誘起修飾の可能性についても論じる。

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