論文の概要: Multimode Ultrastrong Coupling in Three-Dimensional Photonic-Crystal Cavities
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.12427v3
- Date: Mon, 8 Jul 2024 14:01:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-10 03:38:37.201267
- Title: Multimode Ultrastrong Coupling in Three-Dimensional Photonic-Crystal Cavities
- Title（参考訳）: 三次元フォトニック結晶空洞における多モード超強結合
- Authors: Fuyang Tay, Ali Mojibpour, Stephen Sanders, Shuang Liang, Hongjing Xu, Geoff C. Gardner, Andrey Baydin, Michael J. Manfra, Alessandro Alabastri, David Hagenmüller, Junichiro Kono,
- Abstract要約: 1次元フォトニック結晶空洞は横面に均一な空間分布を持つ。
製作の課題は、3D-PCCにおける強結合の達成を妨げている。
テラヘルツ周波数3D-PCCにおける多モード超強結合の実現について報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.212701687134064
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recent theoretical studies have highlighted the role of spatially varying cavity electromagnetic fields in exploring novel cavity quantum electrodynamics (cQED) phenomena, such as the potential realization of the elusive Dicke superradiant phase transition. One-dimensional photonic-crystal cavities (PCCs), widely used for studying solid-state cQED systems, have uniform spatial profiles in the lateral plane. Three-dimensional (3D) PCCs, which exhibit discrete in-plane translational symmetry, overcome this limitation, but fabrication challenges have hindered the achievement of strong coupling in 3D-PCCs. Here, we report the realization of multimode ultrastrong coupling in a 3D-PCC at terahertz frequencies. The multimode coupling between the 3D-PCC's cavity modes and the cyclotron resonance of a Landau-quantized two-dimensional electron gas in GaAs is significantly influenced by the spatial profiles of the cavity modes, leading to distinct coupling scenarios depending on the probe polarization. Our experimental results are in excellent agreement with a multimode extended Hopfield model that accounts for the spatial inhomogeneity of the cavity field. Guided by the model, we discuss the possible strong ground-state correlations between different cavity modes and introduce relevant figures of merit for the multimode ultrastrong coupling regime. Our findings emphasize the importance of spatially nonuniform cavity mode profiles in probing nonintuitive quantum phenomena expected for the ground states of cQED systems in the ultrastrong coupling regime.
- Abstract（参考訳）: 最近の理論的研究は、新しい空洞量子電磁力学(cQED)現象の探索における空間的に変化する空洞電磁場の役割を強調している。
固体cQEDシステムの研究に広く用いられている1次元フォトニック結晶空洞(PCCs)は、横面に均一な空間分布を持つ。
3次元(3D)PCCは、離散的な面内翻訳対称性を示すが、この制限を克服するが、3D-PCCの強い結合の達成を妨げている。
本稿では,テラヘルツ周波数における3次元PCCにおけるマルチモード超強結合の実現について報告する。
GaAsにおける3D-PCCのキャビティモードとランダウ量子化2次元電子ガスのサイクロトロン共鳴との多重モード結合は、キャビティモードの空間分布に大きく影響され、プローブ偏極によって異なるカップリングシナリオをもたらす。
実験結果は,空洞場の空間的不均一性を考慮した多モード拡張ホップフィールドモデルと良好に一致している。
モデルにより, 異なるキャビティモード間の強い基底状態相関について考察し, マルチモード超強結合系に有意な有意な数値を導入する。
超強結合系におけるcQED系の基底状態に期待できる非直観的量子現象の探索における空間的非一様キャビティモードプロファイルの重要性を強調した。
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