論文の概要: Large Random Arrowhead Matrices: Multifractality, Semi-Localization, and
Protected Transport in Disordered Quantum Spins Coupled to a Cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.08444v1
- Date: Tue, 18 May 2021 11:25:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-30 19:58:03.584375
- Title: Large Random Arrowhead Matrices: Multifractality, Semi-Localization, and
Protected Transport in Disordered Quantum Spins Coupled to a Cavity
- Title（参考訳）: 大型ランダムアローヘッド行列 : キャビティに結合した量子スピンの多フラクタリティ,半局所化,保護輸送
- Authors: J\'er\^ome Dubail, Thomas Botzung, Johannes Schachenmayer, Guido
Pupillo, and David Hagenm\"uller
- Abstract要約: 我々は、空洞モードに結合した不均一に拡張された量子エミッタの最小モデルである対角的障害を持つ大きなランダムな矢印ハミルトニアンの正確な解を提供する。
我々は、暗黒状態が、混乱したシステムにおける長距離輸送に大きく貢献できることを示す。
- 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 provide an exact solution of large random arrowhead Hamiltonians with
diagonal disorder, a minimal model for inhomogeneously broadened quantum
emitters coupled to a cavity mode. We find that the distribution of energy
spacing can be continuously tuned between Poisson statistics and a distribution
that is very close to semi-Poisson statistics - the latter being usually
associated to the critical point of "Anderson" localization-delocalization
transitions. We demonstrate that all the eigenstates - including two polaritons
and a continuum of dark states - are multifractal, which indicates the
existence of a critical "semi-localized" phase for all values of the
light-matter coupling strength, where dark states are localized over multiple,
arbitrarily-distant sites. By computing the escape probability from an initial
site, we find that the system has a peculiar diffusive-like behavior with an
escape probability growing linearly with time for any finite coupling strength,
and that the escape rate can be controlled by selecting the energy of the
initial site. The escape rate averaged over the disorder configurations is
found to exhibit a maximum for intermediate coupling strengths, before
saturating at a lower value in the collective strong coupling limit - a "cavity
protection" effect. Surprisingly, we show that the saturation value increases
with the disorder, indicating that the cavity does not only protect transport
against disorder but can also turn the latter into an ally improving transport.
We finally investigate the system in a two-terminal configuration, and show
that the steady-state excitation current exhibits similar features as the
escape probability, thereby extending our cavity-protected transport scenario
to out-of-equilibrium situations. We finally demonstrate that dark states can
provide the major contribution to long-distance transport in disordered
systems.
- Abstract（参考訳）: 我々は、空洞モードに結合した不均一に拡張された量子エミッタの最小モデルである対角障害を持つ大きなランダムな矢印ハミルトニアンの正確な解を提供する。
エネルギー間隔の分布は、ポアソン統計と半ポアソン統計に非常に近い分布(後者は通常「アンダーソン」局在化-非局在化遷移の臨界点に関連付けられている)の間で連続的に調整できる。
2つの分極子と1つの暗黒状態の連続体を含むすべての固有状態が多重フラクタルであることを示し、これは光物質結合強度の全ての値に対して重要な「半局所化」相が存在することを示す。
初期地点からの脱出確率を計算した結果,有限結合強度の時間とともに線形に増大する脱出確率と,初期地点のエネルギーを選択することで脱出速度を制御することができる。
乱れの配置で平均される脱出率は中間結合強度に対して最大値を示し, 集合的強結合限界("キャビティ保護"効果)よりも低い値で飽和する。
意外なことに、飽和値は障害によって増加し、空洞が障害に対する輸送を保護しているだけでなく、後者を補助的改善輸送にすることも示している。
その結果, 定常励磁電流は脱出確率と類似した特性を示し, キャビティ保護輸送シナリオを平衡外へ拡張することを示した。
最後に,無秩序システムにおける長距離輸送に暗黒状態が寄与できることを実証する。
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