論文の概要: Light-Induced Quantum Self-Trapping of Vibrational Excitons in an Optical Cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.06142v1
- Date: Tue, 07 Apr 2026 17:47:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-08 17:42:09.976359
- Title: Light-Induced Quantum Self-Trapping of Vibrational Excitons in an Optical Cavity
- Title（参考訳）: 光キャビティ内における振動励起子の光誘起量子自己トラッピング
- Authors: Vincent Pouthier, Saad Yalouz,
- Abstract要約: 光キャビティでは、エキシトンと光子との強い光物質結合がエネルギーの非局在化を促進するために用いられる。
空洞がない場合、真のQSTと完全なQST(textiti.e.)が生じることは、システムの対称性のため不可能である。
単一モードの空洞にシステムを結合することは、この挙動を2つの新しい体制で強く変えることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In an optical cavity, strong light--matter coupling between excitons and photons has been widely reported as a way to enhance energy delocalization through spatially extended polaritonic states. In contrast, leveraging cavity-mediated light--matter effects to promote the reciprocal phenomenon, namely \textit{energy localization}, remains largely underexplored. In the present work, we address this question by focusing on a special form of energy localization arising from nonlinear matter interactions: \textit{Quantum Self-Trapping} (QST). We employ a generalized Tavis--Cummings model to investigate the transport of vibrational excitons -- \textit{i.e., vibrons} -- between two anharmonic vibrational modes and examine their interplay with cavity photons. In the absence of a cavity, the arising of true and complete QST -- \textit{i.e.}, an infinite-lifetime localization -- is not possible due to the symmetry of the system. The energy transfer between the two modes still occurs, slowed down by the many-body interactions. Coupling the system to a single-mode cavity strongly alters this behavior, with two emerging regimes. First, at weak light--matter coupling, destructive interference between newly opened transition pathways suppresses energy exchange, leading to cavity-enhanced self-trapping. As the coupling strength increases, these interference effects evolve leading to cavity-assisted energy transfer, where we observe an acceleration of the vibrational energy flow. Most notably, we identify critical coupling strengths that separate both regimes in which the dynamics almost totally freeze, suggesting the arising of a ``stabilized'' light-induced~QST of many-vibron bound states. These results suggest that optical cavities can not only enhance transport but could also stabilize energy localization phenomena, providing a new route to control energy flow in quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 光キャビティにおいて、励起子と光子との強い光物質結合は、空間的に拡張された分極状態を通じてエネルギーの非局在化を促進する方法として広く報告されている。
対照的に、共振器を媒介とする光物質効果を利用して相互現象、すなわち「textit{energy Localization}」を促進することは、大半が未解明のままである。
本稿では,非線形物質相互作用から生じるエネルギー局在の特別な形態に着目して,この問題に対処する。
一般化されたTavis-Cummingsモデルを用いて、2つの非調和振動モード間の振動エクシトン -- \textit{i.e., vibrons} -- の移動を調べ、共振器光子との相互作用を調べる。
2つのモード間のエネルギー移動は依然として発生し、多体相互作用によって減速する。
システムを単一モードの空洞に結合すると、この挙動が強く変わる。
第一に、弱い光-物質結合において、新しく開いた遷移経路間の破壊的な干渉はエネルギー交換を抑え、空洞による自己輸送を引き起こす。
結合強度が増加するにつれて、これらの干渉効果はキャビティアシストエネルギー伝達へと発展し、振動エネルギーの流れの加速を観察する。
最も注目すべきは、力学がほぼ完全に凍結している両方の状態を分離する臨界結合強度を同定し、多くのビブロン結合状態の「安定化された」光誘起~QSTが生じることを示唆する。
これらの結果は、光キャビティは輸送を促進できるだけでなく、エネルギー局在現象の安定化も可能であることを示唆し、量子系におけるエネルギーの流れを制御する新しい経路を提供する。
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