論文の概要: Torsion-induced confinement and tunable nonlinear optical gain in a mesoscopic electron system

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.12664v1
• Date: Tue, 14 Apr 2026 12:32:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-15 19:11:32.443427
• Title: Torsion-induced confinement and tunable nonlinear optical gain in a mesoscopic electron system
• Title（参考訳）: メソスコピック電子系におけるねじれ誘起閉じ込めと波長可変非線形光学利得
• Authors: Carlos Magno O. Pereira, Edilberto O Silva,
• Abstract要約: スクリュー転位と均一なねじり背景を有するメソスコピック媒体における伝導電子の光学応答について検討した。 縦方向運動と幾何学的背景との結合は,有効面内閉じ込めを生じさせることを示す。 結果は、閉じ込め、共鳴エネルギー、選択的増幅をチューニングするための効果的なツールとして、ねじりと欠陥工学を確立します。
• 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: We investigate the optical response of a conduction electron in a helically twisted mesoscopic medium containing a screw dislocation and a uniform torsional background, in the presence of an axial magnetic field and an Aharonov--Bohm flux. We show that the coupling between longitudinal motion and the geometric background produces an effective in-plane confinement, allowing bound states to emerge without the need for an external radial potential. Exact analytical solutions are obtained for the energy spectrum and radial wave functions, and these results are used to evaluate linear and third-order nonlinear absorption, changes in the refractive index, the photoionization cross section, and the oscillator strength. The combined action of torsion, magnetic field, and topological defect increases the interlevel spacing, compresses the radial electronic distribution, and breaks the dynamical symmetry between opposite angular-momentum channels, leading to strongly asymmetric and state-resolved optical spectra. Under intense optical excitation, the nonlinear contribution can overcome linear absorption, driving the system into a negative-absorption regime and enabling geometry-controlled optical gain. These results establish torsion and defect engineering as effective tools for tuning confinement, resonant energies, and selective amplification in mesoscopic nanophotonic platforms operating in the mid-infrared and terahertz ranges.
• Abstract（参考訳）: 我々は、軸方向磁場とアハロノフ-ボームフラックスの存在下で、スクリュー転位と一様ねじり背景を有するヘリカルツイストメソスコピック媒体における伝導電子の光学応答について検討した。 縦方向運動と幾何学的背景との結合は有効面内閉じ込めを生じさせ,外部の放射電位を必要とせずに境界状態が現われることを示す。 エネルギースペクトルと放射波関数に対して厳密な解析解を求め, 線形および3次非線形吸収, 屈折率の変化, 光電離断面積, 振動子強度を評価する。 ねじれ、磁場、トポロジカル欠陥の複合作用は、レベル間の間隔を増大させ、放射電子分布を圧縮し、反対の角-運動チャネル間の動的対称性を破り、強い非対称および状態分解光学スペクトルをもたらす。 強い光励起の下では、非線形寄与は線形吸収を克服し、システムを負の吸収状態に誘導し、幾何学的に制御された光学利得を可能にする。 これらの結果は、中赤外域およびテラヘルツ帯で作動するメソスコピックナノフォトニックプラットフォームにおいて、閉じ込め、共鳴エネルギー、選択的増幅をチューニングするための効果的なツールとして、ねじりと欠陥工学を確立している。

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