論文の概要: Unveiling the Quantum Toroidal Dipole in Nanosystems: Quantization, Interaction Energy, and Measurement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.15128v1
• Date: Fri, 26 Jan 2024 13:31:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-30 19:34:24.387836
• Title: Unveiling the Quantum Toroidal Dipole in Nanosystems: Quantization, Interaction Energy, and Measurement
• Title（参考訳）: ナノシステムにおける量子トロイダル双極子:量子化、相互作用エネルギー、測定
• Authors: Mircea Dolineanu, Alexandru-Lucian Nastasia, and Dragos-Victor Anghel
• Abstract要約: 本研究では, 系の回転軸に沿ったフィリフォーム電流の存在下で, トロイダル面に閉じ込められた量子粒子について検討する。 解析の結果, 粒子と電流の相互作用は粒子の定常状態において非ゼロトロイダル双極子を誘導することがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate the physical properties of a charged quantum particle confined to a toroidal surface in the presence of a filiform current along the system's rotational axis. Our analysis reveals that the interaction between the particle and the current induces a non-zero toroidal dipole in the particle's stationary states. We demonstrate that the differences between the toroidal dipole projections for different energy levels can be quantized in units of $\hbar R/(4m_p)$ (where $R$ is the major radius of the torus and $m_p$ is the particle mass), suggesting the existence of toroidal dipole quanta. Furthermore, we find that both the toroidal dipole projection and the energy eigenvalues exhibit periodic behavior with respect to the current intensity, with a period that depends solely on the torus's aspect ratio $R/r$, where r is the minor radius. This periodicity opens up the possibility of using the current intensity to manipulate and measure the toroidal dipole projection. We also observe abrupt changes in the toroidal dipole projection and energy eigenvalues around integer multiples of the current half-period. These changes provide further evidence for the quantization of the toroidal dipole in such systems. The interaction energy between the particle and the current follows the classical electrodynamics form, suggesting a potential method for measuring and manipulating the toroidal dipole projection along the current axis. The quantization rules we have identified represent hallmarks of the quantum toroidal dipole in nanosystems and could lead to the development of novel devices based on this fundamental property.
• Abstract（参考訳）: 系の回転軸に沿ったフィリフォーム電流の存在下で,トロイダル面に閉じ込められた荷電量子粒子の物性について検討した。 解析の結果, 粒子と電流の相互作用は粒子の定常状態において非ゼロトロイダル双極子を誘導することがわかった。 異なるエネルギー準位に対するトロイダル双極子射影の差は、$\hbar r/(4m_p)$(ここで$r$はトーラスの半径、$m_p$は粒子質量)の単位で量子化可能であることを証明し、トロイダル双極子量子タの存在を示唆する。 さらに、トロイダル双極子射影とエネルギー固有値の両方が、現在の強度に対して周期的挙動を示し、この周期は、r が最小半径であるトーラスのアスペクト比 $r/r$ のみに依存する。 この周期性は、トロイダル双極子射影の操作と測定に電流強度を使用する可能性を開く。 また,現在の半周期の整数倍数周辺のトロイダル双極子投影とエネルギー固有値の急激な変化も観察した。 これらの変化は、これらの系におけるトロイダル双極子の量子化のさらなる証拠となる。 粒子と電流の相互作用エネルギーは古典的電気力学形式に従い、電流軸に沿ってトロイダル双極子射影を計測し操作する潜在的な方法が示唆される。 私たちが特定した量子化規則は、ナノシステムにおける量子トロイダル双極子の目印であり、この基本的な性質に基づく新しいデバイスの開発につながる可能性がある。

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