論文の概要: Effective Equilibrium Theory of Quantum Light-Matter Interaction in Cavities: Extended Systems and the Long Wavelength Approximation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.17374v2
- Date: Thu, 24 Apr 2025 16:17:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:51.610435
- Title: Effective Equilibrium 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有効平衡理論:拡張系と長波長近似
- Authors: Mark Kamper Svendsen, Michael Ruggenthaler, Hannes Hübener, Christian Schäfer, Martin Eckstein, Angel Rubio, Simone Latini,
- Abstract要約: キャビティ材料工学は、暗い光環境の真空ゆらぎを調整して材料特性を制御することを目的としている。
ここで,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。
この結果はハミルトンレベルでのキャビティ・マター相互作用を記述するための堅牢で現実的な枠組みを提供する。
- 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 resulting hybrid system inherits properties from both constituents, allowing one to modify material behavior by engineering the surrounding electromagnetic environment. This concept underlies the emerging paradigm of cavity materials engineering, which aims at the control of material properties via tailored vacuum fluctuations of dark photonic environments. The theoretical description of such systems is challenging due to the combined complexity of extended electronic states and quantum electromagnetic fields. Here, we derive an effective, non-perturbative theory for low-dimensional crystals embedded in a Fabry-P\'erot resonator, within the long-wavelength limit. Our approach incorporates the multimode and dispersive nature of the cavity field and reduces it to an effective single-mode description by imposing the condition of negligible momentum transfer from light to matter. Importantly, the resulting effective mode is characterized by a finite mode volume-even in the limit of extended cavities-which is directly linked to realistic cavity parameters. This ensures that the light-matter coupling remains finite in bulk systems. By explicitly accounting for the finite reflectivity of cavity mirrors, our theory also avoids double counting the contribution from free-space light-matter coupling. Overall, our results provide a robust and realistic framework for describing cavity-matter interactions at the Hamiltonian level, incorporating the electromagnetic environment beyond the idealized perfect-mirror approximation.
- Abstract（参考訳）: 光と物質が強く相互作用すると、結果として生じるハイブリッドシステムは両方の成分から特性を継承し、周囲の電磁環境を工学することで物質の挙動を変更できる。
この概念は、ダークフォトニック環境の真空ゆらぎを調整して材料特性を制御することを目的とした、空洞材料工学の新たなパラダイムを基礎としている。
このようなシステムの理論的説明は、拡張された電子状態と量子電磁場の複雑さが組み合わさったために困難である。
ここでは,Fabry-P'erot共振器に埋め込まれた低次元結晶の長波長限界内に有効で非摂動的理論を導出する。
本手法は,光から物質への負の運動量移動を条件として,キャビティ場の多モード・分散特性を取り入れ,有効な単一モード記述に還元する。
重要なことに、結果の有効モードは、現実的な空洞パラメータに直接リンクする拡張キャビティの限界において、有限モード体積で特徴づけられる。
これにより、バルク系において光-物質結合が有限であることを保証する。
空洞ミラーの有限反射率を明示的に説明することにより、自由空間光物質結合の寄与を2倍に数えることも避けることができる。
全体として、我々の結果はハミルトンレベルでのキャビティ・マター相互作用を記述するための堅牢で現実的な枠組みを提供し、理想化された完全ミラー近似を超えた電磁環境を取り入れた。
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