論文の概要: Quantum Hall Ferromagnetism in a Cavity Vacuum
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.14838v1
- Date: Sun, 13 Sep 2026 23:16:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 07:15:06.008324
- Title: Quantum Hall Ferromagnetism in a Cavity Vacuum
- Title（参考訳）: キャビティ真空における量子ホール強磁性
- Abstract要約: 量子ホール強磁性体(QHF)における連続相転移を,空洞の真空揺らぎによって引き起こされる充填係数$=1$で発見する。
空間的に非対称な空洞場の場合、均一なQHF状態は弱い光とマッターのカップリングに対してのみ安定である。
空間的に非対称な空洞場の場合、一様QHF状態は弱い光-マターカップリングにのみ安定であり、臨界カップリング以上の不均一電子密度の状態に遷移することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We uncover a continuous phase transition in a quantum Hall ferromagnet (QHF) at filling factor $ν=1$, driven by vacuum fluctuations of a cavity. Our analysis starts with a Landau level projection in dipole gauge, where we find the states to be well-represented by a tensor product of the electronic and photonic degrees of freedom. Through analytic spin wave calculations, mean-field theory and density matrix renormalization group (DMRG) simulations, we show that for a spatially antisymmetric cavity field, the uniform QHF state is stable only for weak light-matter coupling and gives way to states of inhomogeneous electron density above a critical coupling. These states involve "flanks" of uniform QHF fluids, separated by a "compact core" of doubly occupied orbitals with the core size being the order parameter, which we dub as "compact-core phases". While the fully spin polarized electronic states are product states, entanglement builds up between the uniform QHF flanks across the compact core in the $S_z=0$ magnetic sector, motivating an ansatz for the compact-core electronic states. The transition boundary is exactly derived for product electronic states in terms of matter and cavity parameters, and numerically confirmed by DMRG. We also study the thin-cylinder limit near the critical point where quantum fluctuations are enhanced, and the many-body excited states in both phases by focusing on the entanglement spectrum degeneracies. Remarkably, the photon number is found to probe the order parameter of the transition, providing a possible experimental signature of the electronic transition and the compact-core states. Our study offers a rare example of a phase of electrons stabilized solely by coupling to the enhanced vacuum fluctuations of a cavity mode.
- Abstract（参考訳）: 量子ホール強磁性体 (QHF) における連続相転移を, 空洞の真空揺らぎによって引き起こされる充填係数$ν=1$で発見する。
我々の分析は、双極子ゲージのランダウ準位射影から始まり、そこでは状態が電子的およびフォトニック的自由度のテンソル積によってよく表現されていることが分かる。
解析的スピン波計算、平均場理論、密度行列再正規化群(DMRG)シミュレーションにより、空間的に非対称な空洞場において、均一QHF状態は弱い光-物質結合にのみ安定であり、臨界結合を超える不均一電子密度の状態への道を与えることを示す。
これらの状態は、均一なQHF流体の「フランク」を含み、二重に占有された軌道の「コンパクトコア」によって分離され、コアサイズは秩序パラメータであり、我々は「コンパクトコア相」と呼ばれる。
完全スピン偏光電子状態は生成物状態であるのに対し、絡み合いはコンパクトコアの均一なQHF側面の間に形成され、S_z=0$磁気セクターにおいて、コンパクトコア電子状態に対するアンザッツを動機付ける。
遷移境界は、物質および空洞パラメータの点で製品電子状態に対して正確に導出され、DMRGによって数値的に確認される。
また、量子ゆらぎが増大する臨界点付近のシンシリンダー限界と、両相における多体励起状態についても、絡み合いスペクトルの退化に着目して検討する。
注目すべきことに、光子数は遷移の順序パラメータを探索し、電子遷移とコンパクトコア状態の実験的なシグネチャを与える。
我々の研究は、キャビティモードの真空ゆらぎの増大にのみ結合することによって安定化された電子の相の稀な例を提供する。
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