論文の概要: Microscopic Theory of Polariton Group Velocity Renormalization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.08288v1
• Date: Wed, 13 Nov 2024 02:11:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-14 16:10:24.145355
• Title: Microscopic Theory of Polariton Group Velocity Renormalization
• Title（参考訳）: ポラリトン群速度再正規化の微視的理論
• Authors: Wenxiang Ying, Benjamin X. K. Chng, Pengfei Huo,
• Abstract要約: キャビティ・エクシトン・ポラリトンは弾道輸送を示し、1ピコ秒で100$mu $mの距離を達成できる。 実験やシミュレーションで強く再現されているにもかかわらず、偏光子輸送の群速度に対処する包括的顕微鏡理論は存在しない。 有限温度グリーン関数を用いた群速度再正規化を記述するための顕微鏡理論を開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Cavity exciton-polaritons exhibit ballistic transport and can achieve a distance of 100 $\mu $m in one picosecond. This ballistic transport significantly enhances mobility compared to that of bare excitons, which often move diffusively and become the bottleneck for energy conversion and transfer devices. Despite being robustly reproduced in experiments and simulations, there is no comprehensive microscopic theory addressing the group velocity of polariton transport, and its renormalization due to phonon scattering while still preserving this ballistic behavior. In this work, we develop a microscopic theory to describe the group velocity renormalization using a finite-temperature Green's function approach. Utilizing the generalized Holstein-Tavis-Cummings Hamiltonian, we analytically derive an expression for the group velocity renormalization and find that it is caused by phonon-mediated transitions from the lower polariton states to the dark states. The theory predicts that the magnitude of group velocity renormalization scales linearly with the phonon bath reorganization energy under weak coupling conditions and also linearly depends on the temperature in the high-temperature regime. These predictions are numerically verified using quantum dynamics simulations via the mean-field Ehrenfest method, demonstrating quantitative agreement. Our findings provide theoretical insights and a predictive analytical framework that advance the understanding and design of cavity-modified semiconductors and molecular ensembles, opening new avenues for engineered polaritonic devices.
• Abstract（参考訳）: キャビティ・エクシトン・ポラリトンは弾道輸送を示し、1ピコ秒で100$\mu $mの距離を達成できる。 この弾道輸送は、しばしば拡散的に移動し、エネルギー変換や伝達装置のボトルネックとなる素エクシトンと比較して、移動性を著しく向上させる。 実験やシミュレーションで頑健に再現されているにもかかわらず、偏光子輸送の群速度とフォノン散乱による再正規化に対処する包括的な顕微鏡理論は存在しない。 本研究では,有限温度グリーン関数を用いた群速度再正規化を記述するための顕微鏡理論を開発した。 一般化されたホルシュタイン・タヴィス・カミングス・ハミルトニアンを用いて、群速度再正規化の式を解析的に導出し、フォノンによる下方偏光子状態から暗黒状態への遷移によって引き起こされることを発見した。 この理論は, グループ速度再正規化の規模は, 弱いカップリング条件下でのフォノン浴再編成エネルギーと線形にスケールし, 高温状態の温度に依存することを予測している。 これらの予測は、平均場Ehrenfest法による量子力学シミュレーションを用いて数値的に検証され、定量的な一致を示す。 本研究は,キャビティ修飾半導体と分子アンサンブルの理解と設計を促進するための理論的知見と予測分析の枠組みを提供する。

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