論文の概要: Theory of dynamical superradiance in organic materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.03067v1
• Date: Wed, 03 Sep 2025 06:55:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-04 21:40:46.442432
• Title: Theory of dynamical superradiance in organic materials
• Title（参考訳）: 有機材料における動的超放射能の理論
• Authors: Lukas Freter, Piper Fowler-Wright, Javier Cuerda, Brendon W. Lovett, Jonathan Keeling, Päivi Törmä,
• Abstract要約: 電子状態が振動モードに結合する有機材料に対する動的超放射能の理論を開発する。 振動モード結合の存在下では超輝度が可能であることを示す。 本研究では,光子数上昇時間の非対称性をキャビティ周波数の減衰関数として同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We develop the theory of dynamical superradiance -- the collective exchange of energy between an ensemble of initially excited emitters and a single-mode cavity -- for organic materials where electronic states are coupled to vibrational modes. We consider two models to capture the vibrational effects: first, vibrations treated as a Markovian bath for two-level emitters, via a pure dephasing term in the Lindblad master equation for the system; second, vibrational modes directly included in the system via the Holstein--Tavis--Cummings Hamiltonian. By exploiting the permutation symmetry of the emitters and weak U(1) symmetry, we develop a numerical method capable of exactly solving the Tavis-Cummings model with local dissipation for up to 140 emitters. Using the exact method, we validate mean-field and second-order cumulant approximations and use them to describe macroscopic numbers of emitters. We analyse the dynamics of the average cavity photon number, electronic coherence, and Bloch vector length, and show that the effect of vibrational mode coupling goes beyond simple dephasing. Our results show that superradiance is possible in the presence of vibrational mode coupling; for negative cavity detunings, the vibrational coupling may even enhance superradiance. We identify asymmetry of the photon number rise time as a function of the detuning of the cavity frequency as an experimentally accessible signature of such vibrationally assisted superradiance.
• Abstract（参考訳）: 我々は、電子状態が振動モードに結合された有機材料に対して、初期励起エミッタのアンサンブルと単一モードキャビティとの間のエネルギーの集合的交換である動的超放射性の理論を開発する。 まず,2レベルエミッタのマルコビアン浴として扱われる振動を,リンドブラッドマスター方程式の純粋嫌悪項を経由し,ホルシュタイン-タヴィス-カミングス・ハミルトニアンを介してシステムに直接入射する振動モードについて考察する。 発振器の置換対称性と弱いU(1)対称性を利用して、最大140個の発振器の局所散逸でTavis-Cummingsモデルを正確に解くことができる数値計算法を開発した。 本手法を用いて, 平均場および2次累積近似を検証し, マクロなエミッタ数を記述する。 我々は,平均空洞光子数,電子コヒーレンス,ブロッホベクトル長のダイナミクスを解析し,振動モード結合の効果が単純な評価を超えることを示した。 以上の結果から,振動モードカップリングの存在下では超輝度が可能であり,負のキャビティデチューニングでは振動結合により超輝度が向上する可能性が示唆された。 我々は、光子数上昇時間の非対称性を、共振器周波数の減衰の関数として、振動支援型超放射能の実験的シグネチャとして同定する。

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