論文の概要: Propagation of light in cold emitter ensembles with quantum position correlations due to static long-range dipolar interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.16158v3
• Date: Thu, 11 Jan 2024 23:05:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-15 23:51:36.457850
• Title: Propagation of light in cold emitter ensembles with quantum position correlations due to static long-range dipolar interactions
• Title（参考訳）: 静的長距離双極子相互作用による量子位置相関を持つ冷エミッタアンサンブル中の光伝播
• Authors: G. J. Bean, N. D. Drummond, J. Ruostekoski
• Abstract要約: 我々は、不安定な位置が静的な長距離双極子-双極子相互作用によって引き起こされる相関を示す双極子放出体からの光の散乱を分析する。 量子-機械的位置相関は、変動量子および拡散量子モンテカルロ法によるゼロ温度ボゾン原子または分子に対して計算される。 低光強度の極限における高密度アンサンブル中の定常原子に対しては、電子基底状態と励起状態を含む全ての位置相関関数に対する光学応答の解が得られる。
• 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: We analyze the scattering of light from dipolar emitters whose disordered positions exhibit correlations induced by static, long-range dipole-dipole interactions. The quantum-mechanical position correlations are calculated for zero temperature bosonic atoms or molecules using variational and diffusion quantum Monte Carlo methods. For stationary atoms in dense ensembles in the limit of low light intensity, the simulations yield solutions for the optical responses to all orders of position correlation functions that involve electronic ground and excited states. We calculate how coherent and incoherent scattering, collective linewidths, line shifts, and eigenmodes, and disorder-induced excitation localization are influenced by the static interactions and the density. We find that dominantly repulsive static interactions in strongly confined oblate and prolate traps introduce short-range ordering among the dipoles which curtails large fluctuations in the light-mediated resonant dipole-dipole interactions. This typically results in an increase in coherent reflection and optical depth, accompanied by reduced incoherent scattering. The presence of static dipolar interactions permits the highly selective excitation of subradiant eigenmodes in dense clouds. This effect becomes even more pronounced in a prolate trap, where the resonances narrow below the natural linewidth. When the static dipolar interactions affect the optical transition frequencies, the ensemble exhibits inhomogeneous broadening due to the nonuniformly experienced static dipolar interactions that suppress cooperative effects, but we argue that, e.g., for Dy atoms such inhomogeneous broadening is negligible.
• Abstract（参考訳）: 我々は、不規則な位置が静的な長距離双極子-双極子相互作用によって引き起こされる相関を示す双極子エミッタからの光の散乱を分析する。 量子力学的位置相関は、変動量子および拡散量子モンテカルロ法によるゼロ温度ボゾン原子または分子に対して計算される。 低光強度の極限における高密度アンサンブル中の定常原子に対して、シミュレーションは、電子基底状態と励起状態を含む全ての位置相関関数に対する光学応答の解を与える。 我々は,コヒーレントかつ非コヒーレントな散乱,集合線幅,直線シフト,固有モード,および障害誘発励起局在が静的相互作用と密度に影響されるかを計算する。 強く閉じ込められたオービタントトラップとプロラトトラップの強い反発的な静的相互作用は、光を介する共鳴双極子-双極子相互作用において大きな変動を緩和する双極子間の短距離秩序をもたらす。 典型的には、コヒーレント反射と光学的深さが増大し、コヒーレント散乱が減少する。 静的双極子相互作用の存在は、密度の強い雲におけるサブラジアント固有モードの高選択的励起を可能にする。 この効果は、自然の線幅より下にある共鳴が狭いプロラトトラップにおいてさらに顕著になる。 静的双極子相互作用が光遷移周波数に影響を及ぼすとき、アンサンブルは協調効果を抑制する不均一に経験した静的双極子相互作用によって不均一な拡大を示すが、例えば、不均一な拡大を示すdy原子は無視できる。

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