論文の概要: Quantum theory of surface lattice resonances
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.02836v1
- Date: Wed, 05 Feb 2025 02:47:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-06 14:23:46.181899
- Title: Quantum theory of surface lattice resonances
- Title（参考訳）: 表面格子共鳴の量子論
- Authors: Michael Reitz, Stephan van den Wildenberg, Arghadip Koner, George C. Schatz, Joel Yuen-Zhou,
- Abstract要約: 表面格子共鳴(SLR)として知られる面内回折モードは、面内回折モードとして高いQ$を生じる。
SLRがナノ粒子アレイと集合振動モードの結合をいかに促進するかを示す。
我々の研究は、量子エミッタを用いてSLR現象を厳密にモデル化するためのシームレスなフレームワークを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The collective interactions of nanoparticles arranged in periodic structures give rise to high-$Q$ in-plane diffractive modes known as surface lattice resonances (SLRs). While these resonances and their broader implications have been extensively studied within the framework of classical electrodynamics and linear response theory, a quantum optical theory capable of describing the dynamics of these structures, especially in the presence of material nonlinearities, beyond the use of \textit{ad hoc} few-mode approximations is largely missing. To this end, we consider here a lattice of metallic nanoparticles coupled to the background electromagnetic field and derive the quantum input-output relations within the electric dipole approximation. As a first application, we discuss coupling of the nanoparticle array to an external array of emitters and illustrate how the formalism can be extended to molecular optomechanics. Specifically, we show how the high $Q$-factors provided by SLRs can facilitate coupling between the nanoparticle array and collective vibrational modes. Finally, we examine a scenario in which the metallic nanoparticles themselves are replaced with saturable excitonic emitters, illustrating how the nonlinearity of the emitters can be used to switch the SLR condition between different electronic transitions. Our work provides a seamless framework to rigorously model SLR phenomena with quantum emitters without resorting to phenomenological treatments of either the electromagnetic environment or the material degrees of freedom.
- Abstract（参考訳）: 周期構造に配置されたナノ粒子の集合的相互作用は、表面格子共鳴(英語版)(SLRs)として知られる高価格の面内拡散モードをもたらす。
これらの共鳴とそのより広範な含意は、古典的電磁力学と線形反応理論の枠組みの中で広く研究されているが、これらの構造、特に物質的非線形性の存在下でこれらの構造の力学を記述することができる量子光学理論は、ほとんど欠落している。
この目的のために、金属ナノ粒子の格子を背景電磁場に結合し、電気双極子近似における量子入出力関係を導出する。
第一の応用として, ナノ粒子配列とエミッタの外部配列とのカップリングについて論じ, 分子光学へのフォーマリズムの展開について述べる。
具体的には、SLRによって提供される高額なQ$-factorが、ナノ粒子アレイと集合振動モードの結合をいかに促進するかを示す。
最後に, 金属ナノ粒子自体を飽和励起子に置き換えるシナリオについて検討し, SLR条件を異なる電子遷移に切り替えるためのエミッタの非線形性について考察した。
我々の研究は、電磁環境または物質自由度のいずれかの現象学的処理に頼ることなく、量子エミッタでSLR現象を厳密にモデル化するためのシームレスなフレームワークを提供する。
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