論文の概要: Unveiling the Quantum Toroidal Dipole

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.15128v2
• Date: Sat, 01 Nov 2025 12:57:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-04 18:19:02.623095
• Title: Unveiling the Quantum Toroidal Dipole
• Title（参考訳）: 量子トロイダルダイポールの展開
• Authors: Alexandru-Lucian Nastasia, Mircea Dolineanu, Dragos-Victor Anghel,
• Abstract要約: ナノ構造におけるTDの完全な量子力学的定式化について述べる。 直接測定のための最初の分光法を提案する。 これは明快な実験的な青写真を提供し、この明快な第3のマルチポールモーメントを公表し、測定し、特徴づける。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.99844472131922
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The electromagnetic response of matter is governed by three fundamental multipole families: electric, magnetic, and toroidal. While the electric and magnetic are cornerstones of physics, the toroidal dipole (TD) has eluded direct, quantitative measurement for over 60 years. Its far-field signature is masked by the electric dipole, and its behavior in the quantum regime remains largely unexplored. We address this long-standing problem by presenting a complete quantum-mechanical formalism for the TD in a nanostructure and proposing the first spectroscopic method for its direct measurement. We analyze a particle confined to a toroidal manifold subjected to an external current. We demonstrate that the resulting Aharonov-Bohm-like energy shifts in the system's spectrum are directly proportional to the expectation value of the TD operator. The transition energies exhibit a linear dependence on this current, with a quantized slope that directly reveals the change in the TD quantum number between eigenstates. This provides a clear experimental blueprint to unveil, measure, and characterize this elusive third multipole moment and its quantum nature, opening new avenues in quantum metamaterials, nanoscience, and the study of fundamental symmetries.
• Abstract（参考訳）: 物質の電磁応答は、電気、磁気、トロイダルの3つの基本多極系によって制御される。 電気と磁気は物理学の基盤となっているが、トロイダル双極子(TD)は60年以上にわたって直接的かつ定量的に測定されてきた。 遠距離場のシグネチャは電気双極子によって隠されており、量子状態におけるその挙動はほとんど解明されていない。 我々は、ナノ構造におけるTDの完全な量子力学的定式化を提示し、その直接測定のための最初の分光法を提案することで、この長年の課題に対処する。 外部電流を受けるトロイダル多様体に制限された粒子を解析する。 系のスペクトルにおけるアハロノフ-ボーム様エネルギーシフトは、TD作用素の期待値と直接比例することを示した。 遷移エネルギーはこの電流に線形依存を示し、固有状態間のTD量子数の変化を直接明らかにする量子化された勾配を持つ。 これは明快な実験的な青写真を提供し、この明快な第3の多極子モーメントとその量子の性質を明らかにし、量子メタマテリアル、ナノサイエンス、基礎対称性の研究に新たな道を開く。

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