論文の概要: Microscopic theory of exciton-polariton model involving multiple molecules: Macroscopic quantum electrodynamics formulation and essence of direct intermolecular interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.13063v1
• Date: Wed, 20 Dec 2023 14:42:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-21 15:30:35.320715
• Title: Microscopic theory of exciton-polariton model involving multiple molecules: Macroscopic quantum electrodynamics formulation and essence of direct intermolecular interactions
• Title（参考訳）: 複数の分子を含む励起子-ポーラリトン模型の微視的理論:マクロ量子電気力学定式化と直接分子間相互作用の本質
• Authors: Yi-Ting Chuang, Liang-Yan Hsu
• Abstract要約: 我々は散逸性CQED-DDIをプラズモン表面上のエキシトン-ポラリトンダイナミクスの研究に応用した。 直接分子間相互作用は、CQEDのようなモデルを用いて複数の分子を含む励起子-偏光子系を研究する際に重要な要素であることがわかった。
• 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: Cavity quantum electrodynamics (CQED) and its extensions are widely used for the description of exciton-polariton systems. However, the exciton-polariton models based on CQED vary greatly within different contexts. One of the most significant discrepancies among these CQED models is whether one should include direct intermolecular interactions in the CQED Hamiltonian. To answer this question, in this article, we derive an effective dissipative CQED model including free-space dipole-dipole interactions (CQED-DDI) from a microscopic Hamiltonian based on macroscopic quantum electrodynamics. Dissipative CQED-DDI successfully captures the nature of vacuum fluctuations in dielectric media and separates it into the free-space effects and the dielectric-induced effects. The former include spontaneous emissions, dephasings and dipole-dipole interactions in free space; the latter include exciton-polariton interactions and photonic losses due to dielectric media. We apply dissipative CQED-DDI to investigate the exciton-polariton dynamics (the population dynamics of molecules above a plasmonic surface) and compare the results with those based on the methods proposed by several previous studies. We find that direct intermolecular interactions are a crucial element when employing CQED-like models to study exciton-polariton systems involving multiple molecules.
• Abstract（参考訳）: キャビティ量子電磁力学(CQED)とその拡張は、エクシトン-ポラリトン系の記述に広く用いられている。 しかし、CQEDに基づくエクシトン-ポラリトンモデルは異なる文脈で大きく異なる。 これらのCQEDモデルの最も重要な相違点は、CQEDハミルトニアンにおいて直接分子間相互作用を含めるべきかどうかである。 本稿では,自由空間双極子-双極子相互作用(cqed-ddi)を含む実効散逸型cqedモデルについて,マクロな量子電磁力学に基づく微視的ハミルトニアンから導出する。 消散性cqed-ddiは誘電体媒体の真空揺らぎの性質をうまく捉え、自由空間効果と誘電効果に分離する。 前者は自由空間における自発的放出、デファスメント、双極子-双極子相互作用、後者は誘電体媒体による励起子-ポーラリトン相互作用、フォトニック損失を含む。 発散性CQED-DDIを用いてエキシトン-ポラリトンダイナミクス(プラズモニック表面上の分子の集団動態)を解析し、過去のいくつかの研究で提案された手法に基づく結果と比較した。 直接分子間相互作用は、CQEDのようなモデルを用いて複数の分子を含む励起子-偏光子系を研究する際に重要な要素である。

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