論文の概要: Cavity-Mediated Coupling between Local and Nonlocal Modes in Landau Polaritons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05738v1
• Date: Sat, 06 Sep 2025 15:04:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.680769
• Title: Cavity-Mediated Coupling between Local and Nonlocal Modes in Landau Polaritons
• Title（参考訳）: ランドウポラリトンにおける局所モードと非局所モードの空洞媒介結合
• Authors: Sae R. Endo, Dasom Kim, Shuang Liang, Geon Lee, Sunghwan Kim, Alan Covarrubias-Morales, Minah Seo, Michael J. Manfra, Dukhyung Lee, Motoaki Bamba, Junichiro Kono,
• Abstract要約: ランダウ・ポラリトン系における非局所多モード結合を示す。 本研究は,ゼロモードと有限モードの物質モードを含む多モード光-物質相互作用の工学的経路を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.965474824043103
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The multimode ultrastrong coupling (USC) regime has emerged as a novel platform for accessing previously inaccessible phenomena in cavity quantum electrodynamics. Of particular interest are cavity-mediated correlations between local and nonlocal excitations, or equivalently, between modes at zero and finite in-plane momentum modes, which offer new opportunities for controlling light--matter interactions across space. However, direct experimental evidence of such interactions has remained elusive. Here, we demonstrate nonlocal multimode coupling in a Landau polariton system, where cavity photons simultaneously interact with the zero-momentum cyclotron resonance and finite-momentum magnetoplasmons of a two-dimensional electron gas in a GaAs quantum well. Our slot cavities, with their subwavelength mode volumes, supply in-plane momentum components that enable the excitation of finite-momentum matter modes. Terahertz time-domain magnetospectroscopy measurements reveal a clear splitting of the upper-polariton branch, arising from hybridization between magnetoplasmon modes and the cavity--cyclotron-resonance hybrids. Extracted coupling strengths confirm USC of the cyclotron resonance and strong coupling of the magnetoplasmon modes to the cavity field, respectively. The experimental results are well captured by the multimode Hopfield model and finite-element simulations. These findings establish a pathway for engineering multimode light--matter interactions involving zero- and finite-momentum matter modes in the USC regime.
• Abstract（参考訳）: マルチモード超強結合(USC)体制は、空洞量子力学における従来アクセス不能な現象にアクセスするための新しいプラットフォームとして登場した。 特に興味深いのは、局所的な励起と非局所的な励起の間の空洞による相関、あるいはそれと同等の、ゼロの運動量モードと有限の面内運動量モードの間の相関であり、空間をまたいだ光-物質相互作用を制御する新しい機会を提供する。 しかし、そのような相互作用の直接的な実験的な証拠はいまだに解明されていない。 ここでは、ランダウ偏光子系における非局所多モードカップリングを実証する。そこでは、空洞光子がGaAs量子井戸内の2次元電子ガスのゼロモーメントシクロトロン共鳴と有限モーメントマグネティックプラズモンと同時に相互作用する。 我々のスロットキャビティは、そのサブ波長モードボリュームとともに、有限運動量モードの励起を可能にする面内運動量成分を供給する。 テラヘルツ時間領域磁気スペクトル測定により、磁気プラズモンモードとキャビティ-サイクロトロン-共鳴ハイブリッドのハイブリッド化により、上ポラリトン分岐の明確な分裂が明らかになった。 抽出結合強度はサイクロトロン共鳴のUSCと磁気プラズモンモードのキャビティ場への強い結合をそれぞれ確認する。 実験結果は多モードホップフィールドモデルと有限要素シミュレーションによってよく捉えられる。 これらの知見は、USC体制におけるゼロモードと有限モードの物質モードを含むマルチモード光-物質相互作用の工学的経路を確立する。

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