論文の概要: Quantum dynamics of molecular ensembles coupled with quantum light: Counter-rotating interactions as an essential component

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14645v1
• Date: Thu, 27 Jul 2023 06:38:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-28 15:29:20.009818
• Title: Quantum dynamics of molecular ensembles coupled with quantum light: Counter-rotating interactions as an essential component
• Title（参考訳）: 量子光と結合した分子アンサンブルの量子力学:重要な成分としての対回転相互作用
• Authors: Yi-Ting Chuang and Liang-Yan Hsu
• Abstract要約: 回転波近似が複数の分子の量子力学に与える影響について検討する。 近距離領域では、分子間相互作用の減少は最大50%に達する。 回転波近似は、強い結合状態と弱い結合状態の両方において分子の力学に大きな影響を与えることが判明した。
• 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 rotating-wave approximation to light-matter interactions is widely used in the quantum electrodynamics Hamiltonian; however, its validity has long been a matter of debate. In this article, we explore the impact of the rotating-wave approximation on the quantum dynamics of multiple molecules in complex dielectric environments within the framework of macroscopic quantum electrodynamics. In general, we find that the energy shifts of the molecules and the inter-molecule dipole-dipole interaction obtained in the weak coupling regime are correct only when the counter-rotating interactions are considered. Moreover, under the rotating-wave approximation, the energy shifts of the ground-state molecules and a portion of the inter-molecule interaction are discarded. Notably, in the near-field zone (short inter-molecular distance), the reduction of inter-molecule interaction can reach up to 50 percent. We also conduct a case study on the population dynamics of a pair of identical molecules above a plasmonic surface. Through analytical and numerical analysis, it is revealed that the rotating-wave approximation can profoundly affect the dynamics of the molecules in both strong and weak coupling regimes, emphasizing the need for careful consideration when making the rotating-wave approximation in a multiple-molecule system coupled with quantum light.
• Abstract（参考訳）: 光-物質相互作用に対する回転波近似は量子電磁力学のハミルトンで広く用いられているが、その妥当性は長い間議論されてきた。 本稿では, 回転波近似が複素誘電体環境における多分子の量子力学に与える影響を, 巨視的量子電磁力学の枠組みにおいて検討する。 一般に,分子のエネルギーシフトと分子間双極子-双極子相互作用は,反回転相互作用を考慮した場合にのみ正であることがわかった。 さらに、回転波近似の下では、基底状態分子のエネルギーシフトと分子間相互作用の一部が破棄される。 特に、近距離領域(分子間距離が短い)では、分子間相互作用の減少は最大50%に達する。 また, プラズモニック表面上の同一分子対の個体群動態についてもケーススタディを行った。 解析的および数値解析により、回転波近似は強い結合状態と弱い結合状態の両方の分子の力学に深く影響し、量子光と結合した多分子系における回転波近似を行う際に、注意深い考慮の必要性を強調した。

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