論文の概要: Influence of direct dipole-dipole interactions on the optical response of 2D materials in extremely inhomogeneous infrared cavity fields

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.13413v1
• Date: Fri, 25 Aug 2023 14:42:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-28 13:29:15.766378
• Title: Influence of direct dipole-dipole interactions on the optical response of 2D materials in extremely inhomogeneous infrared cavity fields
• Title（参考訳）: 直交双極子-双極子相互作用が超不均一赤外域における2次元材料の光学応答に及ぼす影響
• Authors: Sofia Ribeiro, Javier Aizpurua, Ruben Esteban
• Abstract要約: 自己組織化分子単分子膜やヴァンデルウォール材の単層によって形成される二次元(2D)材料は、フォトニックナノキャビティと効率的に結合することができる。 ここでは、これらの直接双極子-双極子相互作用を含む系の全ハミルトニアンを対角化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A two-dimensional (2D) material, formed for example by a self-assembled molecular monolayer or by a single layer of a Van der Walls material, can couple efficiently with photonic nanocavities, potentially reaching the strong coupling regime. The coupling can be modelled using classical harmonic oscillator models or cavity quantum electrodynamics Hamiltonians that often neglect the direct dipole-dipole interactions within the monolayer. Here, we diagonalize the full Hamiltonian of the system, including these direct dipole-dipole interactions. The main effect on the optical properties of a typical 2D system is simply to renormalize the effective energy of the bright collective excitation of the monolayer that couples with the nanophotonic mode. On the other hand, we show that for situations of extreme field confinement, large transition dipole moments and low losses, fully including the direct dipole-dipole interactions is critical to correctly capture the optical response, with many collective states participating in it. To quantify this result, we propose a simple equation that indicates the condition for which the direct interactions strongly modify the optical response.
• Abstract（参考訳）: 自己組織化された分子単分子膜やヴァンデルウォール材の単層によって形成される二次元(2D)材料は、フォトニックナノキャビティと効率的に結合でき、強い結合状態に達する可能性がある。 カップリングは古典的な調和振動子モデルやキャビティ量子電磁力学ハミルトニアンを用いてモデル化することができ、単層内の直接双極子-双極子相互作用をしばしば無視する。 ここでは、これらの直接双極子-双極子相互作用を含む系の全ハミルトニアンを対角化する。 典型的な2Dシステムの光学特性に対する主な効果は、単にナノフォトニックモードと結合する単層の明るい集合励起の有効エネルギーを再正常化することである。 一方,極端磁場閉じ込めの状況では,直接双極子-双極子相互作用を含む大きな遷移双極子モーメントと低損失の状況は,多くの集合状態が参加する光学的応答を正確に捉えるために重要であることを示す。 この結果を定量化するために, 直接相互作用が光学応答を強く変化させる条件を示す簡単な方程式を提案する。

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