論文の概要: Theory of Quantum Light-Matter Interaction in Cavities: Extended Systems
and the Long Wavelength Approximation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.17374v1
- Date: Thu, 28 Dec 2023 21:41:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-02 14:29:26.049422
- Title: Theory of Quantum Light-Matter Interaction in Cavities: Extended Systems
and the Long Wavelength Approximation
- Title（参考訳）: キャビティにおける量子光物質相互作用の理論:拡張系と長波長近似
- Authors: Mark Kamper Svendsen, Michael Ruggenthaler, Hannes H\"ubener,
Christian Sch\"afer, Martin Eckstein, Angel Rubio and Simone Latini
- Abstract要約: キャビティ・マテリアル・エンジニアリングは、暗い電磁環境のゆらぎをエンジニアリングすることで材料特性を調整しようとする。
ここでは、長波長のFabry-P'erot共振器に埋め込まれた低次元結晶に対する効果的な非摂動理論を導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: When light and matter interact strongly, the coupled system inherits
properties from both constituents. It is consequently possible to alter the
properties of either by engineering the other. This intriguing possibility has
lead to the emergence of the cavity-materials-engineering paradigm which seeks
to tailor material properties by engineering the fluctuations of a dark
electromagnetic environment. The theoretical description of hybrid light-matter
systems is complicated by the combined complexity of a realistic description of
the extended electronic and quantum electromagnetic fields. Here we derive an
effective, non-perturbative theory for low dimensional crystals embedded in a
paradigmatic Fabry-P\'erot resonator in the long-wavelength limit. The theory
encodes the multi-mode nature of the electromagnetic field into an effective
single-mode scheme and it naturally follows from requiring a negligible
momentum transfer from the photonic system to the matter. Crucially, in the
effective theory the single light mode is characterized by a finite effective
mode volume even in the limit of bulk cavity-matter systems and can be directly
determined by realistic cavity parameters. As a consequence, the coupling of
the effective mode to matter remains finite for bulk materials. By leveraging
on the realistic description of the cavity system we make our effective theory
free from the double counting of the coupling of matter to the electromagnetic
vacuum fluctuations of free space. Our results provide a substantial step
towards the realistic description of interacting cavity-matter systems at the
level of the fundamental Hamiltonian, by effectively including the
electromagnetic environment and going beyond the perfect mirrors approximation.
- Abstract（参考訳）: 光と物質が強く相互作用すると、結合系は両方の成分から性質を継承する。
従って、どちらの特性もエンジニアリングによって変更することが可能である。
この興味深い可能性は、暗い電磁環境のゆらぎをエンジニアリングすることで材料特性を調整しようとするキャビティ・マテリアル・エンジニアリングパラダイムの出現につながった。
ハイブリッド光物質系の理論的記述は、拡張された電子場と量子電磁場の現実的な記述の複雑さによって複雑になる。
ここでは、長波長極限におけるパラダイム的ファブリ・ペロト共振器に埋め込まれた低次元結晶の効果的な非摂動理論を導出する。
この理論は、電磁場の多重モードの性質を効果的な単一モードスキームにエンコードし、フォトニック系から物質への無視可能な運動量移動を要求することから自然に従う。
有効理論において、単一光モードはバルクキャビティ・マッター系の限界においても有限有効モード体積によって特徴づけられ、現実的なキャビティパラメータによって直接決定することができる。
その結果、物質への有効モードのカップリングはバルク材料では有限である。
空洞系の現実的な記述を利用することで,物質結合の二重計数から自由空間の電磁真空揺らぎまで,有効理論を自由化する。
その結果、電磁環境を効果的に含み、完璧なミラー近似を超えることで、基本ハミルトニアンのレベルでの相互作用キャビティ・マター系の現実的な記述に向けた実質的なステップが得られた。
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