論文の概要: Excitation density controlled regimes of collective light--matter dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.24227v1
• Date: Fri, 22 May 2026 21:15:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-26 19:50:17.76217
• Title: Excitation density controlled regimes of collective light--matter dynamics
• Title（参考訳）: 集合光の励起密度制御機構--マターダイナミクス
• Authors: Wenxiang Ying, Abraham Nitzan,
• Abstract要約: 代表的制限体制は2つの独立したパラメータによって特徴づけられることを示す。 Tavis-Cummingsモデルでは、$Ngg 1$と励起密度$N_rm exc / N to 0$とすると、MFとSEの記述は一致し、線形集団力学をもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Theoretical descriptions of collective light--matter dynamics often rely on the mean-field (MF) or single-excitation (SE) approximations, yet the parameter regimes where they apply are rarely clearly delineated. Here we show that representative limiting regimes are characterized by two independent parameters: the number of molecules $N$ and the excitation number $N_{\rm exc}$. In the Tavis--Cummings model, when $N\gg 1$ and the excitation density $N_{\rm exc} / N \to 0$, MF and SE descriptions agree and yield linear collective dynamics, showing harmonic Rabi oscillations. At finite excitation density ($N_{\rm exc} / N \sim \mathcal{O}(1)$), the large-\(N\) limit remains accurately described by MF dynamics but becomes nonlinear in $N_{\rm exc} / N$, manifested by a Duffing equation for the cavity amplitude with anharmonic Rabi frequency. We further show that cluster expansion systematically restores finite-$N$ correlations beyond MF. When local vibronic interactions are included, the same linear collective limit is reached by both approximations, with SE reaching it through polaron decoupling and MF through linearization. This two-parameter regime map clarifies the limits in which different theoretical descriptions provide controlled descriptions of collective light--matter dynamics.
• Abstract（参考訳）: 集合光力学の理論的記述は平均場 (MF) や単励起 (SE) 近似に依存することが多いが、それらを適用するパラメータ構造は明らかに非直線化されることはめったにない。 ここでは、分子数$N$と励起数$N_{\rm exc}$の2つの独立したパラメータによって、代表的制限機構が特徴づけられることを示す。 Tavis-Cummingsモデルでは、$N\gg 1$と励起密度$N_{\rm exc} / N \to 0$とすると、MFとSEの記述は線形集合力学に一致し、調和ラビ振動を示す。 有限励起密度(N_{\rm ex} / N \sim \mathcal{O}(1)$)では、大きな(N\)極限はMF力学によって正確に記述されるが、非調和ラビ周波数のキャビティ振幅に対するダッフィング方程式で表される$N_{\rm ex} / N$では非線形となる。 さらに、クラスタ展開はMFを超える有限$N$相関を体系的に復元することを示した。 局所的な振動相互作用を含む場合、同じ線形集合極限は両方の近似によって到達し、SEはポラロンデカップリング、MFは線形化によって到達する。 この2パラメータ・レギュレーション・マップは、異なる理論的な記述が集合光力学の制御された記述を提供する限界を明らかにする。

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