論文の概要: Cavity Control of Strongly Correlated Electrons Beyond Resonant Coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.18933v1
- Date: Thu, 19 Mar 2026 14:10:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-20 17:19:06.186273
- Title: Cavity Control of Strongly Correlated Electrons Beyond Resonant Coupling
- Title（参考訳）: 共振結合を超える強相関電子のキャビティ制御
- Authors: Lukas Grunwald, Xinle Cheng, Emil Viñas Boström, Michael Ruggenthaler, Marios H. Michael, Dante M. Kennes, Angel Rubio,
- Abstract要約: 磁気交換相互作用の共振器誘起変化の非摂動計算を$J$で提案する。
偏光性表面キャビティを,相関系を修正するための有望なプラットフォームとして同定する。
本フレームワークは,共振系における空洞形状と物質応答をリンクする具体的な設計原理を確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6700983301090583
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Interfacing materials with electromagnetic cavities offers a route to modify equilibrium properties through structured vacuum fluctuations. The coupling of light with correlated electrons lacks a characteristic energy scale, making vacuum induced modifications of such systems inherently off-resonant and sensitive to the full photon mode structure. Here, we present a non-perturbative calculation of the cavity induced modification of the magnetic exchange interaction $J$ of the half-filled Hubbard model, including all cavity modes and with parameters determined from first principles. We show that the strength of the modification is controlled by a generalized Purcell factor, proportional to the frequency integrated photonic density of states. This result identifies polaritonic surface cavities as promising platforms to modify correlated systems, while standard Fabry-Pérot resonators produce negligible effects due to spectral weight cancellations upon integration. To perform the calculation, we develop a consistent quantization scheme for materials coupled to a dielectric substrate, in the Coulomb gauge, which reveals a competition between static Coulomb screening and dynamical effects arising from the vector potential. Including both effects is essential to obtain even qualitatively correct predictions. For a gold substrate the light-matter interactions lead to a net enhancement of $J$, whose magnitude is large enough to be observable in two-magnon Raman spectroscopy. Our framework establishes a concrete design principle linking cavity geometry to material response in the off-resonant regime, which will guide future experimental and theoretical explorations.
- Abstract（参考訳）: 電磁キャビティを持つ界面材料は、構造化真空揺らぎによって平衡特性を変化させる経路を提供する。
光と相関電子のカップリングは特性的なエネルギースケールを欠き、真空誘起によるそのような系の改質は本質的に非共鳴であり、フル光子モード構造に敏感である。
本稿では, キャビティモードを含む半充填ハバードモデルの磁気交換相互作用の非摂動的修正について, 第一原理から決定されるパラメータを含む非摂動計算を行う。
本研究では, 周波数積分フォトニック密度に比例して, 一般化されたパーセル因子によって変化の強度が制御されることを示す。
この結果は、偏光性表面キャビティを相関系を修正するための有望なプラットフォームとして認識し、標準ファブリ・ペロー共振器は積分によるスペクトル量キャンセルによる無視的な効果を生じる。
この計算を行うために,クーロンゲージにおいて誘電体基板に結合した材料の一貫した量子化法を開発し,ベクトルポテンシャルによる静的クーロンスクリーニングと動的効果との競合を明らかにする。
両方の効果を含めることは、定性的に正しい予測を得るのに不可欠である。
金の基板では、光と光の相互作用によってJ$のネットが強化され、その大きさは2つのマグノンラマン分光法で観測できるほど大きい。
この枠組みは, 空洞形状と物質応答を関連付ける具体的な設計原理を確立し, 今後の実験・理論探査の指針となる。
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