論文の概要: Cavity-Mediated Electron-Electron Interactions: Renormalizing Dirac States in Graphene

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.10166v1
• Date: Thu, 15 May 2025 10:50:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-16 22:29:06.287855
• Title: Cavity-Mediated Electron-Electron Interactions: Renormalizing Dirac States in Graphene
• Title（参考訳）: キャビティ媒介電子相互作用:グラフェン中のディラック状態の正規化
• Authors: Hang Liu, Francesco Troisi, Hannes Hübener, Simone Latini, Angel Rubio,
• Abstract要約: 我々は光子のない自己整合Hartree-Fockフレームワークに基づく非摂動量子電磁力学手法を開発した。 ポーラライゼーションの異なるキャビティフォトンモードの真空場ゆらぎに結合したグラフェンについて検討した。 量子線型偏光子モードによって誘導される非局所相互作用は、平坦なバンドの形成と、位相的に自明なディラックギャップの開きを引き起こす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8644164672946129
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Embedding materials in optical cavities has emerged as a strategy for tuning material properties. Accurate simulations of electrons in materials interacting with quantum photon fluctuations of a cavity are crucial for understanding and predicting cavity-induced phenomena. In this article, we develop a non-perturbative quantum electrodynamical approach based on a photon-free self-consistent Hartree-Fock framework to model the coupling between electrons and cavity photons in crystalline materials. We apply this theoretical approach to investigate graphene coupled to the vacuum field fluctuations of cavity photon modes with different types of polarizations. The cavity photons introduce nonlocal electron-electron interactions, originating from the quantum nature of light, that lead to significant renormalization of the Dirac bands. In contrast to the case of graphene coupled to a classical circularly polarized light field, where a topological Dirac gap emerges, the nonlocal interactions induced by a quantum linearly polarized photon mode give rise to the formation of flat bands and the opening of a topologically trivial Dirac gap. When two symmetric cavity photon modes are introduced, Dirac cones remain gapless, but a Fermi velocity renormalization yet indicates the relevant role of nonlocal interactions. These effects disappear in the classical limit for coherent photon modes. This new self-consistent theoretical framework paves the way for the simulation of non-perturbative quantum effects in strongly coupled light-matter systems, and allows for a more comprehensive discovery of novel cavity-induced quantum phenomena.
• Abstract（参考訳）: 光学キャビティにおける材料埋め込みは, 材料特性のチューニング戦略として浮上している。 キャビティの量子光子ゆらぎと相互作用する物質の電子の正確なシミュレーションは、キャビティによって引き起こされる現象を理解し予測するために重要である。 本稿では, 結晶材料中の電子と空洞光子の結合をモデル化する, 光子を含まない自己整合Hartree-Fockフレームワークに基づく非摂動型量子電磁力学手法を開発する。 本研究では, 偏光の異なるキャビティ光子モードの真空場ゆらぎに結合したグラフェンを理論的に検討する。 キャビティ光子は、光の量子的性質に由来する非局所電子-電子相互作用を導入し、ディラックバンドのかなりの再正規化をもたらす。 古典的な円偏光場と結合したグラフェンの場合、位相的ディラックギャップが現れるのとは対照的に、量子線型偏光子モードによって誘導される非局所相互作用は、平坦なバンドの形成と位相的に自明なディラックギャップの開口を引き起こす。 2つの対称空洞光子モードが導入されたとき、ディラック・コーンはギャップのないままであるが、フェルミ速度の正規化は非局所相互作用の関連性を示している。 これらの効果はコヒーレント光子モードの古典的な極限で消失する。 この新しい自己整合理論の枠組みは、強い結合光マター系における非摂動量子効果のシミュレーションの道を開き、新しい空洞誘起量子現象のより包括的な発見を可能にする。

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