論文の概要: Understanding polaritonic chemistry from ab initio quantum
electrodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.04241v1
- Date: Tue, 8 Nov 2022 13:38:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 23:14:04.994367
- Title: Understanding polaritonic chemistry from ab initio quantum
electrodynamics
- Title（参考訳）: ab initio量子電気力学による分極化学の理解
- Authors: Michael Ruggenthaler, Dominik Sidler and Angel Rubio
- Abstract要約: 低エネルギー状態における量子電磁力学(QED)における量子物質を記述するための理論的基礎と第一原理の枠組みを提示する。
相互作用する光子、電子、核/イオンの厳密で完全に量子化された記述を持つことは、偏光化学と空洞材料工学の新たな分野を詳細に理解するために重要である。
- 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: In this review we present the theoretical foundations and first principles
frameworks to describe quantum matter within quantum electrodynamics (QED) in
the low-energy regime. Having a rigorous and fully quantized description of
interacting photons, electrons and nuclei/ions, from weak to strong
light-matter coupling regimes, is pivotal for a detailed understanding of the
emerging fields of polaritonic chemistry and cavity materials engineering. The
use of rigorous first principles avoids ambiguities and problems stemming from
using approximate models based on phenomenological descriptions of light,
matter and their interactions. By starting from fundamental physical and
mathematical principles, we first review in great detail non-relativistic QED,
which allows to study polaritonic systems non-perturbatively by solving a
Schr\"odinger-type equation. The resulting Pauli-Fierz quantum field theory
serves as a cornerstone for the development of computational methods, such as
quantum-electrodynamical density functional theory, QED coupled cluster or
cavity Born-Oppenheimer molecular dynamics. These methods treat light and
matter on equal footing and have the same level of accuracy and reliability as
established methods of computational chemistry and electronic structure theory.
After an overview of the key-ideas behind those novel ab initio QED methods, we
explain their benefits for a better understanding of photon-induced changes of
chemical properties and reactions. Based on results obtained by ab initio QED
methods we identify the open theoretical questions and how a so far missing
mechanistic understanding of polaritonic chemistry can be established. We
finally give an outlook on future directions within polaritonic chemistry and
first principles QED and address the open questions that need to be solved in
the next years both from a theoretical as well as experimental viewpoint.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、量子電磁力学(qed)における量子物質を記述するための理論的基礎と第一原理の枠組みについて述べる。
相互作用する光子、電子、核/イオンについて、弱いものから強いものまで、厳密で完全に量子化された記述を持つことは、偏光化学とキャビティ材料工学の新たな分野を詳細に理解するために重要である。
厳密な第一原理の使用は、光、物質およびそれらの相互作用の現象学的記述に基づく近似モデルの使用から生じる曖昧さや問題を避ける。
基礎物理学と数学の原理から始めて、非相対論的qedを詳細に検討し、シュル=オディンガー型方程式を解いて非摂動論的に極性系を研究することができる。
結果として生じるパウリ・フィエルツ量子場理論は、量子電気力学密度汎関数理論、QED結合クラスター、ボルン・オッペンハイマー分子動力学などの計算手法の発展の基盤となる。
これらの手法は、光と物質を等しく扱い、計算化学や電子構造理論の確立された方法と同じ精度と信頼性を持つ。
これらの新規な初期QED法の背後にあるキーイデアの概説の後、光子による化学特性や反応の変化をよりよく理解するための利点を述べる。
ab initio qed法によって得られた結果から, オープン理論的問題と, 極性化学の機械論的理解がいかに確立されたかを明らかにする。
最終的に、ポーラリトニック化学と第一原理qedの今後の方向性について見通しを述べ、理論と実験的な視点の両方から、今後数年間で解決すべきオープンな問題に対処します。
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