論文の概要: MaxwellLink: A unified framework for self-consistent light-matter simulations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06173v1
- Date: Fri, 05 Dec 2025 21:51:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.218902
- Title: MaxwellLink: A unified framework for self-consistent light-matter simulations
- Title（参考訳）: MaxwellLink: 自己整合性光マターシミュレーションのための統一フレームワーク
- Authors: Xinwei Ji, Andres Felipe Bocanegra Vargas, Gang Meng, Tao E. Li,
- Abstract要約: モジュラーでオープンソースのPythonフレームワークであるMaxwellLinkは、古典的電磁場の非常に並列で自己一貫性のある伝播のために開発されている。
この符号は、超放射能、放射エネルギー移動、ブラッグ共振器における振動強い結合、分子気体のプラズモン加熱などの応用によって実証される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.087459729391301
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A major challenge in light-matter simulations is bridging the disparate time and length scales of electrodynamics and molecular dynamics. Current computational approaches often rely on heuristic approximations of either the electromagnetic (EM) or material component, hindering the exploration of complex light-matter systems. Herein, MaxwellLink -- a modular, open-source Python framework -- is developed for the massively parallel, self-consistent propagation of classical EM fields interacting with a large heterogeneous molecular ensemble. The package utilizes a robust TCP/UNIX socket interface to couple EM solvers with a wide range of external molecular drivers. This decoupled architecture allows users to seamlessly switch between levels of theory of either the EM solver or molecules without modifying the counterpart. Crucially, MaxwellLink supports EM solvers spanning from single-mode cavities to full-feature three-dimensional finite-difference time-domain (FDTD) engines, and molecules described by multilevel open quantum systems, force-field and first-principles molecular dynamics, and nonadiabatic real-time Ehrenfest dynamics. Benefiting from the socket-based design, the EM engine and molecular drivers scale independently across multiple high-performance computing (HPC) nodes, facilitating large-scale simulations previously inaccessible to existing numerical schemes. The versatility and accuracy of this code are demonstrated through applications including superradiance, radiative energy transfer, vibrational strong coupling in Bragg resonators, and plasmonic heating of molecular gases. By providing a unified, extensible engine, MaxwellLink potentially offers a powerful platform for exploring emerging phenomena across the research fronts of spectroscopy, quantum optics, plasmonics, and polaritonics.
- Abstract（参考訳）: 光物質シミュレーションにおける大きな課題は、電気力学と分子動力学の異なる時間と長さのスケールをブリッジすることである。
現在の計算手法は、しばしば電磁(EM)または物質成分のヒューリスティックな近似に依存しており、複雑な光物質系の探索を妨げる。
ここでは、モジュラーでオープンソースのPythonフレームワークであるMaxwellLinkが、巨大な異種分子アンサンブルと相互作用する古典的EMフィールドの非常に並列で自己整合的な伝播のために開発された。
このパッケージは堅牢なTCP/UNIXソケットインタフェースを使用して、EMソルバと幅広い外部分子ドライバを結合する。
この分離されたアーキテクチャにより、ユーザはEMソルバまたは分子の理論のレベルを、それを変更することなくシームレスに切り替えることができる。
重要なことに、MaxwellLinkは、単一モードキャビティからフル機能の3次元有限差分時間領域(FDTD)エンジン、マルチレベルオープン量子システム、力場および第一原理分子動力学、非断熱的リアルタイムエレンフェストダイナミクスによって記述される分子まで、EMソルバをサポートしている。
ソケットベースの設計に適合し、EMエンジンと分子ドライバは複数のハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)ノードに独立してスケールし、既存の数値スキームに以前はアクセスできない大規模なシミュレーションを容易にする。
この符号の汎用性と精度は、超放射能、放射エネルギー移動、ブラッグ共振器における振動強い結合、分子ガスのプラズモン加熱などの応用によって実証される。
MaxwellLinkは、統一された拡張可能なエンジンを提供することで、分光学、量子光学、プラズモニクス、分極論といった研究分野にまたがる新興現象を探索するための強力なプラットフォームを提供する可能性がある。
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