論文の概要: Ab initio linear-response approach to vibro-polaritons in the cavity
Born-Oppenheimer approximation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.11564v1
- Date: Thu, 26 Aug 2021 03:12:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-17 03:17:01.336469
- Title: Ab initio linear-response approach to vibro-polaritons in the cavity
Born-Oppenheimer approximation
- Title（参考訳）: キャビティボルン-オッペンハイマー近似におけるビブロ-ポーラリトンに対するab initio linear-response approach
- Authors: John Bonini and Johannes Flick
- Abstract要約: キャビティボルン・オッペンハイマー近似と量子電気力学密度汎関数理論に基づく分子の混合振動光子状態(ビブロ偏光子)について検討した。
我々は振動強い結合状態における空洞結合電子の一貫した処理を強調する正確なモデルを開発する。
- 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: Recent years have seen significant developments in the study of strong
light-matter coupling including the control of chemical reactions by altering
the vibrational normal modes of molecules. In the vibrational strong coupling
regime the normal modes of the system become hybrid modes which mix nuclear,
electronic, and photonic degrees of freedom. First principles methods capable
of treating light and matter degrees of freedom on the same level of theory are
an important tool in understanding such systems. In this work, we develop and
apply a generalized force constant matrix approach to the study of mixed
vibration-photon (vibro-polariton) states of molecules based on the cavity
Born-Oppenheimer approximation and quantum-electrodynamical density-functional
theory. With this method vibro-polariton modes and infrared spectra can be
computed via linear response techniques analogous to those widely used for
conventional vibrations and phonons. We also develop an accurate model that
highlights the consistent treatment of cavity coupled electrons in the
vibrational strong coupling regime. These electronic effects appear as new
terms previously disregarded by simpler models. This effective model also
allows for an accurate extrapolation of single and two molecule calculations to
the collective strong coupling limit of hundreds of molecules. We benchmark
these approaches for single and many CO$_2$ molecules coupled to a single
photon mode and the iron-pentacarbonyl Fe(CO)$_5$ molecule coupled to a few
photon modes. Our results are the first ab-initio results for collective
vibrational strong coupling effects. This framework for efficient computations
of vibro-polaritons paves the way to a systematic description and improved
understanding of the behavior of chemical systems in vibrational strong
coupling.
- Abstract（参考訳）: 近年、分子の振動正常モードを変化させることによる化学反応の制御を含む強力な光物質結合の研究が著しい発展を遂げている。
振動の強い結合状態において、システムの通常のモードは、核、電子、フォトニック自由度を混合するハイブリッドモードとなる。
光と物質の自由度を同じ理論レベルで扱うことのできる第一原理法は、そのようなシステムを理解する上で重要なツールである。
本研究では,キャビティ・ボルン・オッペンハイマー近似と量子電気力学的密度汎関数理論に基づく分子の混合振動光子状態の研究に一般化された力定数行列法を開発し,応用する。
この方法では、従来の振動やフォノンに広く使われているものと類似した線形応答技術を用いて、ビブロポラリトンモードと赤外線スペクトルを計算することができる。
また, 振動強結合系におけるキャビティ結合電子の一貫した処理を強調するモデルを開発した。
これらの電子効果は、以前より単純なモデルによって無視された新しい用語として現れる。
この効果的なモデルはまた、1分子と2分子の計算を数百分子の強い結合限界に正確に外挿することができる。
我々は、単一光子モードといくつかの光子モードに結合した鉄-ペンタカルボニルfe(co)$_5$分子の単一および多数のco$_2$分子に対するこれらのアプローチをベンチマークする。
本研究は, 群振動の強いカップリング効果に対する最初のab-initio結果である。
ビブロポラリトンを効率的に計算するためのこの枠組みは、振動の強い結合における化学系の挙動の体系的な記述と理解を改善する。
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