深度三维凯恩费米子中的强光-物质耦合

深度强光-物质耦合代表了量子电动力学中的极端非微扰区域,其中相互作用强度超过了未耦合系统的本征频率。基态呈现出光子与物质激发之间的强量子关联,预计会出现新的腔诱导相变。是否存在以自发偶极有序和光子凝聚为特征的超辐射量子相变,一直是一个长期存在且具有争议的问题。这类现象被提出可能出现在具有狄拉克和凯恩费米子的奇异电子系统中,因为它们的低能哈密顿量形式上缺少A²项。在此,该团队利用凯恩费米子的超低有效质量,在耦合到法布里-珀罗谐振器的体碲镉汞层中实现了朗道极化激元。通过热可调载流子密度,该团队将耦合从弱耦合区域连续调谐至深度强耦合区域,在室温以上实现了超过1.6的创纪录归一化耦合比。测得的极化激元光谱与严格的规范不变微观理论高度吻合。尽管相对论性凯恩费米子的朗道能级结构是非线性的,但该团队证明,抗磁性的A²项会自然出现,并阻止超辐射相变的发生。这些结果解决了围绕相对论性类物质系统的腔量子电动力学的长期争议,将深度强耦合物理拓展至凯恩费米子,并为在极端光-物质耦合机制下运行的极化激元半导体器件开辟了新的机遇。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-30 15:54

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