論文の概要: Emergence of unidirectionality and phase separation in optically dense emitter ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14930v1
- Date: Thu, 19 Dec 2024 15:07:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-20 13:29:57.029323
- Title: Emergence of unidirectionality and phase separation in optically dense emitter ensembles
- Title（参考訳）: 光高密度エミッタアンサンブルにおける一方向性の発生と相分離
- Authors: Kasper J. Kusmierek, Max Schemmer, Sahand Mahmoodian, Klemens Hammerer,
- Abstract要約: 一次元幾何学において、2レベルエミッタのアンサンブルを通して光の透過を研究する。
熱力学の限界では、空間秩序の度合いに依存する臨界値を持つ相分離の出現が観測される。
我々は,一方向導波路を用いた一次元系を効果的にモデル化することができると結論付けた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The transmission of light through an ensemble of two-level emitters in a one-dimensional geometry is commonly described by one of two emblematic models of quantum electrodynamics (QED): the driven-dissipative Dicke model or the Maxwell-Bloch equations. Both exhibit distinct features of phase transitions and phase separations, depending on system parameters such as optical depth and external drive strength. Here, we explore the crossover between these models via a parent spin model from bidirectional waveguide QED, by varying positional disorder among emitters. Solving mean-field equations and employing a second-order cumulant expansion for the unidirectional model -- equivalent to the Maxwell-Bloch equations -- we study phase diagrams, the emitter's inversion, and transmission depending on optical depth, drive strength, and spatial disorder. We find in the thermodynamic limit the emergence of phase separation with a critical value that depends on the degree of spatial order but is independent of inhomogeneous broadening effects. Even far from the thermodynamic limit, this critical value marks a special point in the emitter's correlation landscape of the unidirectional model and is also observed as a maximum in the magnitude of inelastically transmitted photons. We conclude that a large class of effective one-dimensional systems without tight control of the emitter's spatial ordering can be effectively modeled using a unidirectional waveguide approach.
- Abstract（参考訳）: 1次元幾何学における2レベルエミッターのアンサンブルを通しての光の伝達は、2つのエンブレマティックな量子電磁力学(QED)モデル、すなわち駆動散逸ディックモデル(英語版)またはマックスウェル・ブロッホ方程式(英語版)(Maxwell-Bloch equations)によって一般的に説明される。
どちらも、光学深度や外部駆動強度といったシステムパラメータによって、相転移と相分離の明確な特徴を示す。
本稿では,2方向導波路QEDからの親スピンモデルによるモデル間の交叉を,エミッタ間の異なる位置障害により検討する。
平均場方程式を解き、一方向モデルの2階累積展開(マクスウェル・ブロッホ方程式と同値)を用い、位相図、エミッタの反転、透過は光学的深さ、駆動強度、空間障害に依存する。
熱力学的限界は,空間秩序の度合いに依存するが,不均一な拡張効果とは無関係な臨界値で相分離の出現を示す。
熱力学的限界から遠く離れたところでも、この臨界値は一方向モデルにおけるエミッタの相関ランドスケープの特別な点であり、非弾性的に伝達される光子の最大値として観測される。
本研究では,エミッタの空間秩序の厳密な制御を行なわず,一方向導波路を用いた一次元系を効果的にモデル化できることを結論する。
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