論文の概要: Quantum theory of two-dimensional materials coupled to electromagnetic
resonators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.14488v5
- Date: Thu, 27 Jan 2022 06:54:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 19:20:43.704272
- Title: Quantum theory of two-dimensional materials coupled to electromagnetic
resonators
- Title（参考訳）: 電磁共振器に結合した二次元材料の量子理論
- Authors: E. V. Denning, M. Wubs, N. Stenger, J. Mork, P. T. Kristensen
- Abstract要約: 局所電磁共振器に結合した2次元半導体のプリズムシートにおける光-物質相互作用の微視的量子論を示す。
光-物質相互作用は2次元格子における励起子の翻訳対称性を破り、この対称性を破る相互作用は局所化された励起子状態を形成する。
我々は環境の影響を定量化し、共振器内の電磁界の小さな横制限長スケールに対して最も顕著であることを示す。
- 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: We present a microscopic quantum theory of light-matter interaction in
pristine sheets of two-dimensional semiconductors coupled to localized
electromagnetic resonators such as optical nanocavities or plasmonic particles.
The light-matter interaction breaks the translation symmetry of excitons in the
two-dimensional lattice, and we find that this symmetry-breaking interaction
leads to the formation of a localized exciton state, which mimics the spatial
distribution of the electromagnetic field of the resonator. The localized
exciton state is in turn coupled to an environment of residual exciton states.
We quantify the influence of the environment and find that it is most
pronounced for small lateral confinement length scales of the electromagnetic
field in the resonator, and that environmental effects can be neglected if this
length scale is sufficiently large. The microscopic theory provides a
physically appealing derivation of the coupled oscillator models widely used to
model experiments on these types of systems, in which all observable quantities
are directly derived from the material parameters and the properties of the
resonant electromagnetic field. As a consistency check, we show that the theory
recovers the results of semiclassical electromagnetic calculations and
experimental measurements of the excitonic dielectric response in the linear
excitation limit. The theory, however, is not limited to linear response, and
in general describes nonlinear exciton-exciton interactions in the localized
exciton state, thereby providing a powerful means of investigating the
nonlinear optical response of such systems.
- Abstract（参考訳）: 光学ナノキャビティやプラズモニック粒子などの局所電磁共振器に結合した2次元半導体のプリズムシートにおける光-物質相互作用の微視的量子論を示す。
光-物質相互作用は2次元格子における励起子の変換対称性を破り、この対称性を破る相互作用は、共振器の電磁界の空間分布を模倣する局所励起子状態を形成することに繋がる。
局所励起子状態は、残留励起子状態の環境と交互に結合する。
我々は、環境の影響を定量化し、共振器内の電磁界の小さな横制限長スケールに対して最も顕著であり、この長さスケールが十分に大きい場合、環境効果を無視できることを示した。
微視的理論は、これらの種類の系の実験をモデル化するために広く用いられる結合振動子モデルの物理的に魅力的な導出を提供し、全ての観測可能な量は、材料パラメータと共鳴電磁場の特性から直接導出される。
整合性チェックとして、この理論は半古典的電磁計算の結果と線形励起限界における励起誘電率の実験的測定を復元することを示した。
しかし、この理論は線形応答に限らず、一般に局所励起子状態における非線形励起子-励起子相互作用を記述し、そのような系の非線形光学応答を研究する強力な手段を提供する。
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