論文の概要: Condensed Matter Systems in Cavity Quantum Electrodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.01331v1
- Date: Tue, 4 Jan 2022 19:57:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-02 07:32:21.896330
- Title: Condensed Matter Systems in Cavity Quantum Electrodynamics
- Title（参考訳）: キャビティ量子電磁力学における凝縮物質系
- Authors: Vasil Rokaj
- Abstract要約: 両面から生じる概念を融合させることにより、凝縮物質物理学と量子電磁力学を橋渡しすることを目指している。
論文の前半では、非相対論的QEDの構築について述べる。
第2部では,空洞QED中の自由電子ガスのソマーフェルトモデルを再検討する。
最後に, この問題をQEDに埋め込むことにより, 均一磁場中の周期材料の翻訳対称性を復元可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Condensed matter physics and quantum electrodynamics (QED) have been long
considered as distinct disciplines. This situation is changing by the progress
in cavity QED materials. Motivated by these advances we aim to bridge these
fields by merging fundamental concepts coming from both sides. In the first
part of the thesis we present how non-relativistic QED can be constructed and
we discuss the light-matter interaction in different gauges and that neglecting
particular quadratic terms can lead to instabilities. In the second part, we
revisit the Sommerfeld model of the free electron gas in cavity QED and provide
the analytic solution for this paradigmatic system coupled to the cavity. We
show that the cavity field modifies the optical conductivity of the electron
gas and suppresses its Drude peak. Further, by constructing an effective field
theory in the continuum of photon modes we show how the photon field leads to a
many-body renormalization of the electron mass, which modifies the fermionic
quasiparticle excitations of the Fermi liquid. In the last part, we show that
translational symmetry for periodic materials in homogeneous magnetic fields
can be restored by embedding the problem into QED. This leads to a
generalization of Bloch's theory for electron-photon systems, that we named as
QED-Bloch theory, which can be applied for the description of periodic
materials in homogeneous magnetic fields and strongly coupled to the quantized
cavity field. As a first application we consider Landau levels coupled to a
cavity and we show that quasiparticle excitations between Landau levels and
photons appear, called Landau polaritons. Further, for periodic materials in
such setups, QED-Bloch theory predicts the emergence of novel fractal
polaritonic energy spectra, which we name as fractal polaritons. The fractal
polaritons are a polaritonic, QED analogue of the Hofstadter butterfly.
- Abstract（参考訳）: 凝縮物質物理学と量子電磁力学(qed)は長い間、異なる分野と見なされてきた。
この状況は空洞QED材料の進展によって変化している。
これらの進歩に動機づけられた私たちは、双方の基本的な概念を融合させることで、これらの分野を橋渡しすることを目指している。
論文の前半では、非相対論的QEDがいかに構築可能かを示し、異なるゲージにおける光-物質相互作用を議論し、特定の二次項を無視することは不安定性をもたらす。
第2部では、空洞QEDにおける自由電子ガスのソマーフェルトモデルを再検討し、空洞に結合したこのパラダイム系の解析解を提供する。
キャビティ場は電子ガスの光伝導率を変化させ、ドリュードピークを抑制することを示す。
さらに、光子モードの連続体において有効場理論を構築することにより、光子場が電子質量の多体再正規化にどのようにつながり、フェルミ液体のフェルミイオン準粒子励起を修飾するかを示す。
最後に, この問題をQEDに埋め込むことにより, 均一磁場中の周期材料の翻訳対称性を復元可能であることを示す。
これはブロッホの電子-光子系の理論の一般化につながり、我々がqed-ブロッホ理論(qed-bloch theory)と名付けた。
最初の応用として、ランダウ準粒子は空洞と結合し、ランダウ準粒子と光子の間の準粒子励起はランダウ偏光子(Landau polaritons)と呼ばれる。
さらに、このような構成の周期的物質について、qed-bloch理論はフラクタルポラリトンと呼ばれる新しいフラクタルポラリトニックエネルギースペクトルの出現を予測している。
フラクタル・ポラリトン(英: fractal polariton)はホフスタッター・バタフライの極性、QED類似体である。
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