論文の概要: Electron-Photon Exchange-Correlation Approximation for QEDFT
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.09794v1
- Date: Thu, 15 Feb 2024 08:50:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-16 16:29:46.716634
- Title: Electron-Photon Exchange-Correlation Approximation for QEDFT
- Title（参考訳）: QEDFTにおける電子-光子交換相関近似
- Authors: I-Te Lu, Michael Ruggenthaler, Nicolas Tancogne-Dejean, Simone Latini,
Markus Penz, Angel Rubio
- Abstract要約: QEDFT(Quantum-electrodynamical density-functional theory)は、複雑な光-物質相互作用を探索する上で有望な方法である。
電子-光子交換相関ポテンシャルの近似が必要である。
ここでは、このQEDFT関数近似を 1 次元から 3 次元の有限系に近似する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum-electrodynamical density-functional theory (QEDFT) provides a
promising avenue for exploring complex light-matter interactions in optical
cavities for real materials. Similar to conventional density-functional theory,
the Kohn-Sham formulation of QEDFT needs approximations for the generally
unknown exchange-correlation functional. In addition to the usual
electron-electron exchange-correlation potential, an approximation for the
electron-photon exchange-correlation potential is needed. A recent
electron-photon exchange functional [C. Sch\"afer et al., Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 118, e2110464118 (2021),
https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2110464118], derived from the
equation of motion of the non-relativistic Pauli-Fierz Hamiltonian, shows
robust performance in one-dimensional systems across weak- and strong-coupling
regimes. Yet, its performance in reproducing electron densities in higher
dimensions remains unexplored. Here we consider this QEDFT functional
approximation from one to three-dimensional finite systems and across weak to
strong light-matter couplings. The electron-photon exchange approximation
provides excellent results in the ultra-strong-coupling regime. However, to
ensure accuracy also in the weak-coupling regime across higher dimensions, we
introduce a computationally efficient renormalization factor for the
electron-photon exchange functional, which accounts for part of the
electron-photon correlation contribution. These findings extend the
applicability of photon-exchange-based functionals to realistic cavity-matter
systems, fostering the field of cavity QED (quantum electrodynamics) materials
engineering.
- Abstract（参考訳）: 量子電気力学密度汎関数理論(QEDFT)は、実材料のための光学キャビティにおける複雑な光-物質相互作用を探求するための有望な道を提供する。
従来の密度汎関数理論と同様に、QEDFTのコーン・シャムの定式化は一般に未知の交換相関関数の近似を必要とする。
通常の電子-電子交換相関ポテンシャルに加えて、電子-光子交換相関ポテンシャルの近似も必要である。
最近の電子-光子交換機能 [C。
afer et al., proc の略。
ナトル
と。
Sci
USA, 118, e2110464118 (2021), https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2110464118] は非相対論的パウリ・フィエルツ・ハミルトニアンの運動方程式から導かれ、弱結合系と強結合系をまたいだ一次元系において堅牢な性能を示す。
しかし、電子密度を高次元で再現する性能は未解明のままである。
ここでは、このQEDFT関数近似を 1 次元から 3 次元の有限系、弱から強い光-マター結合にわたって検討する。
電子-光子交換近似は超強結合状態において優れた結果をもたらす。
しかし、高次元にわたる弱いカップリング状態においても精度を確保するため、電子-光子相関寄与の一部を考慮に入れた電子-光子交換関数に対する計算効率の良い再正規化係数を導入する。
これらの知見は,光子交換機能から現実的なキャビティ・マッターシステムへの適用性を高め,キャビティQED(量子電磁力学)材料工学の分野を育成した。
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