論文の概要: Ab initio calculations of quantum light-matter interactions in general
electromagnetic environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.02391v4
- Date: Tue, 9 Jan 2024 09:47:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-10 20:45:11.571233
- Title: Ab initio calculations of quantum light-matter interactions in general
electromagnetic environments
- Title（参考訳）: 一般電磁環境における量子光-物質相互作用のab initio計算
- Authors: Mark Kamper Svendsen, Kristian Sommer Thygesen, Angel Rubio and
Johannes Flick
- Abstract要約: 電子システムと一般電磁環境の両方を第一原理から定量的に記述できる最初の方法を提案する。
我々の研究は、強く結合した量子光マッター系に対するパラメータフリーのab initio計算への一歩である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The emerging field of strongly coupled light-matter systems has drawn
significant attention in recent years due to the prospect of altering physical
and chemical properties of molecules and materials. Because this emerging field
draws on ideas from both condensed-matter physics and quantum optics, it has
attracted attention from theoreticians from both fields. While the former
employ accurate descriptions of the electronic structure of the matter the
description of the electromagnetic environment is often oversimplified.
Contrastingly, the latter often employs sophisticated descriptions of the
electromagnetic environment, while using simple few-level approximations for
the matter. Both approaches are problematic because the oversimplified
descriptions of the electronic system are incapable of describing effects such
as light-induced structural changes, while the oversimplified descriptions of
the electromagnetic environments can lead to unphysical predictions because the
light-matter interactions strengths are misrepresented. Here we overcome these
shortcomings and present the first method which can quantitatively describe
both the electronic system and general electromagnetic environments from first
principles. We realize this by combining macroscopic QED (MQED) with Quantum
Electrodynamical Density-functional Theory. To exemplify this approach, we
consider an absorbing spherical cavity and study the impact of different
parameters of both the environment and the electronic system on the transition
from weak-to-strong coupling for different aromatic molecules. As part of this
work, we also provide an easy-to-use tool to calculate the cavity coupling
strengths for simple cavity setups. Our work is a step towards parameter-free
ab initio calculations for strongly coupled quantum light-matter systems and
will help bridge the gap between theoretical methods and experiments in the
field.
- Abstract（参考訳）: 近年、分子や物質の物理的・化学的性質の変化が期待されているため、強く結合した光物質系の出現が注目されている。
この新興分野は凝縮マッター物理学と量子光学の両方からアイデアを引き寄せているため、両分野の理論家から注目を集めている。
前者は物質の電子構造の正確な説明を用いるが、電磁環境の説明はしばしば単純化される。
対照的に、後者は電磁環境の洗練された記述をしばしば用い、単純な少数レベルの近似を用いている。
どちらのアプローチも、電子系の過単純化された記述は光誘起構造変化のような効果を記述することができないため問題であり、電磁環境の過単純化された記述は、光と物質との相互作用の強さが誤って表されるため、非物理的予測につながる可能性がある。
本稿では,これらの欠点を克服し,第一原理から電子システムと一般電磁環境の両方を定量的に記述できる最初の方法を提案する。
我々はこれを量子電気力学密度汎関数理論とマクロ的QED(MQED)を組み合わせることで実現した。
このアプローチを例示するために,吸蔵球状空洞を考察し,異なる芳香族分子の弱結合から強結合への遷移に対する環境と電子系の異なるパラメータの影響について検討する。
この研究の一環として、簡単な空洞設置のための空洞結合強度を計算するための使い易いツールも提供する。
我々の研究は、強く結合した量子光マッター系のパラメータフリーアブ初期計算へのステップであり、理論的な方法と実験のギャップを埋めるのに役立つ。
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