論文の概要: Maximum refractive index of an atomic medium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.01680v2
• Date: Thu, 18 Feb 2021 17:39:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-17 08:51:04.210754
• Title: Maximum refractive index of an atomic medium
• Title（参考訳）: 原子媒体の最大屈折率
• Authors: Francesco Andreoli, Michael J. Gullans, Alexander A. High, Antoine Browaeys and Darrick E. Chang
• Abstract要約: 正の屈折率を持つすべての光学材料は、順序ユニティの指数の値を持つ。 孤立した原子の巨大な反応にもかかわらず、最大指数は密度の増大とともに無限に大きくなることはない。 本稿では,強い不規則再正規化群理論に基づく説明を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 58.720142291102135
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: It is interesting to observe that all optical materials with a positive refractive index have a value of index that is of order unity. Surprisingly, though, a deep understanding of the mechanisms that lead to this universal behavior seems to be lacking. Moreover, this observation is difficult to reconcile with the fact that a single, isolated atom is known to have a giant optical response, as characterized by a resonant scattering cross section that far exceeds its physical size. Here, we theoretically and numerically investigate the evolution of the optical properties of an ensemble of ideal atoms as a function of density, starting from the dilute gas limit, including the effects of multiple scattering and near-field interactions. Interestingly, despite the giant response of an isolated atom, we find that the maximum index does not indefinitely grow with increasing density, but rather reaches a limiting value $n\approx 1.7$. We propose an explanation based upon strong-disorder renormalization group theory, in which the near-field interaction combined with random atomic positions results in an inhomogeneous broadening of atomic resonance frequencies. This mechanism ensures that regardless of the physical atomic density, light at any given frequency only interacts with at most a few near-resonant atoms per cubic wavelength, thus limiting the maximum index attainable. Our work is a promising first step to understand the limits of refractive index from a bottom-up, atomic physics perspective, and also introduces renormalization group as a powerful tool to understand the generally complex problem of multiple scattering of light overall.
• Abstract（参考訳）: 正の屈折率を持つすべての光学材料が次数単位の指数を持つのを観察することは興味深い。 しかし驚くべきことに、この普遍的な行動につながるメカニズムの深い理解が不足しているようだ。 さらに、この観察は、単一の孤立した原子が巨大な光学応答を持つことが知られており、その物理サイズをはるかに超越した共鳴散乱断面積が特徴であるという事実と矛盾する。 ここでは, 希薄ガス限界から始まり, 多重散乱および近接場相互作用の影響を含む, 密度関数としての理想原子のアンサンブルの光学的性質の進化を理論的および数値的に研究する。 興味深いことに、孤立原子の巨大な反応にもかかわらず、最大指数は密度の増加とともに無限に大きくなるのではなく、制限値$n\approx 1.7$に達する。 本研究では,ランダムな原子位置と近接場相互作用を組み合わせることで,原子共鳴周波数の不均質な広化を生じさせる,強不規則再正規化群理論に基づく説明を提案する。 この機構は、物理的原子密度にかかわらず、任意の周波数の光は、キュービック波長あたりに少なくとも数個の近共鳴原子とのみ相互作用することを保証するため、最大指数が達成可能である。 我々の研究は、ボトムアップ、原子物理学の観点から屈折率の限界を理解するための有望な第一歩であり、また、光全体の多重散乱の一般的な複雑な問題を理解するための強力なツールとして、再正規化グループを導入した。

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