論文の概要: Making ab initio QED functional(s): Non-perturbative and photon-free
effective frameworks for strong light-matter coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.07507v1
- Date: Mon, 14 Jun 2021 15:37:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-26 17:38:31.059502
- Title: Making ab initio QED functional(s): Non-perturbative and photon-free
effective frameworks for strong light-matter coupling
- Title（参考訳）: ab initio qed functional(s) : 強光子結合のための非摂動および光子フリーな有効枠組み
- Authors: Christian Sch\"afer, Florian Buchholz, Markus Penz, Michael
Ruggenthaler, Angel Rubio
- Abstract要約: 長波長限界における量子電磁力学(QED)の非摂動光子自由定式化について述べる。
この定式化は量子電気力学密度汎関数理論(QEDFT)の近似を導出するためにどのように用いられるかを示す。
これは、光の量子化の性質を説明する最初のQEDFT関数である。
- 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: Strong light-matter coupling provides a promising path for the control of
quantum matter where the latter is routinely described from first-principles.
However, combining the quantized nature of light with this ab initio tool set
is challenging and merely developing, as the coupled light-matter Hilbert space
is conceptually different and computational cost quickly becomes overwhelming.
In this work, we provide a non-perturbative photon-free formulation of quantum
electrodynamics (QED) in the long-wavelength limit, which is formulated solely
on the matter Hilbert space and can serve as an accurate starting point for
such ab initio methods. The present formulation is an extension of quantum
mechanics that recovers the exact results of QED for the zero- and
infinite-coupling limit, the infinite-frequency as well as the homogeneous
limit and we can constructively increase its accuracy. We show how this
formulation can be used to devise approximations for quantum-electrodynamical
density-functional theory (QEDFT), which in turn also allows to extend the
ansatz to the full minimal-coupling problem and to non-adiabatic situations.
Finally, we provide a simple local-density-type functional that takes the
strong coupling to the transverse photon-degrees of freedom into account and
includes the correct frequency and polarization dependence. This is the first
QEDFT functional that accounts for the quantized nature of light while
remaining computationally simple enough to allow its application to a large
range of systems. All approximations allow the seamless application to periodic
systems.
- Abstract（参考訳）: 強い光物質結合は、第一原理から後者が日常的に記述される量子物質の制御に有望な経路を提供する。
しかし、光の量子化された性質とこのab initioツールセットを組み合わせることは困難であり、ヒルベルト空間は概念的に異なるため、計算コストは急速に増大する。
本研究は、長波長限界における量子電磁力学(QED)の非摂動的光子自由定式化をヒルベルト空間のみに定式化し、そのようなアブイニシアト法の正確な出発点として機能させることができる。
現在の定式化は量子力学の拡張であり、ゼロおよび無限結合極限、無限周波数および同次極限に対するQEDの正確な結果を復元し、その精度を構成的に向上することができる。
この定式化は量子電気力学密度汎関数理論(qedft)の近似を考案するためにどのように用いられるかを示し、これによってアンサッツを完全な最小結合問題や非断熱的状況にまで拡張することができることを示した。
最後に、逆光子自由度への強い結合を考慮に入れ、正しい周波数と偏光依存性を含む単純な局所密度型関数を提供する。
このQEDFT関数は、光の量子化の性質を考慮に入れながら、計算的に単純でありながら、幅広いシステムに適用できる最初のQEDFT関数である。
すべての近似は周期システムへのシームレスな適用を可能にする。
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