論文の概要: Non-Markovian perturbation theories for phonon effects in
strong-coupling cavity quantum electrodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.14327v2
- Date: Tue, 18 May 2021 19:44:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 19:28:51.104337
- Title: Non-Markovian perturbation theories for phonon effects in
strong-coupling cavity quantum electrodynamics
- Title（参考訳）: 強結合キャビティ量子電気力学におけるフォノン効果の非マルコフ摂動理論
- Authors: Matias Bundgaard-Nielsen, Jesper M{\o}rk and Emil Vosmar Denning
- Abstract要約: フォノン相互作用は、固体発光体や蛍光分子に基づく空洞量子力学系では避けられない。
このような効果を計算的に効率的な方法で記述することは依然として重要な理論上の課題である。
このような力学を記述するために、非マルコフ的摂動的マスター方程式の4つのアプローチを考える。
- 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: Phonon interactions are inevitable in cavity quantum electrodynamical systems
based on solid-state emitters or fluorescent molecules, where vibrations of the
lattice or chemical bonds couple to the electronic degrees of freedom. Due to
the non-Markovian response of the vibrational environment, it remains a
significant theoretical challenge to describe such effects in a computationally
efficient manner. This is particularly pronounced when the emitter-cavity
coupling is comparable to or larger than the typical phonon energy range, and
polariton formation coincides with vibrational dressing of the optical
transitions. In this Article, we consider four non-Markovian perturbative
master equation approaches to describe such dynamics over a broad range of
light-matter coupling strengths and compare them to numerically exact reference
calculations using a tensor network. The master equations are derived using
different basis transformations and a perturbative expansion in the new basis
is subsequently introduced and analyzed. We find that two approaches are
particularly successful and robust. The first of these is suggested and
developed in this Article and is based on a vibrational dressing of the
exciton-cavity polaritons. This enables the description of distinct
phonon-polariton sidebands that appear when the polariton splitting exceeds the
typical phonon frequency scale in the environment. The second approach is based
on a variationally optimized polaronic vibrational dressing of the electronic
state. Both of these approaches demonstrate good qualitative and quantitative
agreement with reference calculations of the emission spectrum and are
numerically robust, even at elevated temperatures, where the thermal phonon
population is significant.
- Abstract（参考訳）: フォノン相互作用は、固体エミッタや蛍光分子に基づくキャビティ量子電気力学系では避けられず、格子や化学結合の振動が電子自由度に結合する。
振動環境の非マルコフ応答のため、そのような効果を計算的に効率的に記述することは重要な理論的課題である。
これは、エミッタ-キャビティ結合が典型的なフォノンエネルギー範囲に匹敵するか大きいときに特に顕著であり、偏光子形成は光遷移の振動ドレッシングと一致する。
本稿では,4つの非マルコフ的摂動的マスター方程式を用いて,光物質結合強度の広い範囲にわたる力学を記述し,テンソルネットワークを用いた数値的正確な参照計算と比較する。
マスター方程式は異なる基底変換を用いて導出され、新しい基底における摂動拡大はその後導入され、解析される。
2つのアプローチが特に成功し,堅牢であることに気付きました。
本論では, 励起子キャビティ偏光子の振動ドレッシングを基礎として, 第一報が提案され, 開発されている。
これにより、ポラリトン分裂が環境における典型的なフォノン周波数スケールを超えると現れる異なるフォノン・ポーラリトンサイドバンドを記述することができる。
第2のアプローチは、電子状態の変分最適化された極性振動ドレッシングに基づいている。
どちらの手法も、放射スペクトルの基準計算と良好な定性的かつ定量的な一致を示し、熱フォノンの集団が顕著な高温でも数値的に堅牢である。
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