論文の概要: Stable-to-unstable transition in quantum friction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.09074v1
• Date: Wed, 14 Feb 2024 10:34:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-15 16:09:35.354984
• Title: Stable-to-unstable transition in quantum friction
• Title（参考訳）: 量子摩擦における安定-不安定遷移
• Authors: Daigo Oue, J. B. Pendry, M\'ario G. Silveirinha
• Abstract要約: 本研究では,2つの散逸金属板をせん断運動に設定した場合の量子揺らぎに起因する摩擦力について検討する。 初期の研究では、量子摩擦機構の電磁場が非平衡定常状態に達することが示されているが、他の研究は定常状態に到達できないことを示した。 摂動近似のない完全量子力学理論を開発し、安定な状態から不安定な状態への遷移を明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate the frictional force arising from quantum fluctuations when two dissipative metallic plates are set in a shear motion. While early studies showed that the electromagnetic fields in the quantum friction setup reach nonequilibrium steady states, yielding a time-independent force, other works have demonstrated the failure to attain steady states, leading to instability and time-varying friction under sufficiently low-loss conditions. Here, we develop a fully quantum-mechanical theory without perturbative approximations and unveil the transition from stable to unstable regimes of the quantum friction setup. Due to the relative motion of the plates, their electromagnetic response may be active in some conditions, resulting in optical gain. We prove that the standard fluctuation-dissipation leads to inconsistent results when applied to our system, and, in particular, it predicts a vanishing frictional force. Using a modified fluctuation-dissipation relation tailored for gain media, we calculate the frictional force in terms of the system Green's function, thereby recovering early works on quantum friction. Remarkably, we also find that the frictional force diverges to infinity as the relative velocity of the plates approaches a threshold. This threshold is determined by the damping strength and the distance between the metal surfaces. Beyond this critical velocity, the system exhibits instability, akin to the behaviour of a laser cavity, where no steady state exists. In such a scenario, the frictional force escalates exponentially. Our findings pave the way for experimental exploration of the frictional force in proximity to this critical regime.
• Abstract（参考訳）: 2枚の散逸金属板をせん断運動に設定したときの量子揺らぎに起因する摩擦力について検討する。 初期の研究では、量子摩擦状態における電磁場は非平衡定常状態に達し、時間に依存しない力をもたらすことが示されているが、他の研究は定常状態に達するのに失敗し、十分低い損失条件下で不安定で時間不安定な摩擦を引き起こすことを示した。 ここで,摂動近似を伴わない完全量子力学理論を開発し,安定状態から不安定状態への移行を明らかにする。 プレートの相対的な運動により、電磁応答はいくつかの条件で活発になり、光学的な利得をもたらす。 本システムに適用した場合, 標準の揺らぎ散逸は矛盾する結果をもたらすことが証明され, 特に摩擦力の消失を予測できる。 ゲインメディア用に調整されたゆらぎ散逸関係を用いて, システムグリーン関数を用いて摩擦力を計算し, 量子摩擦の初期過程を復元する。 また, プレートの相対速度がしきい値に近づくにつれて, 摩擦力は無限大に分岐することがわかった。 この閾値は、金属表面間の減衰強度と距離によって決定される。 この臨界速度を超えて、この系は定常状態が存在しないレーザーキャビティの挙動に似た不安定性を示す。 このようなシナリオでは、摩擦力は指数関数的に増大する。 本研究は, この臨界状態に近い摩擦力の実験的探査の道を開くものである。

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