激发密度控制的集体光—物质动力学模式

集体光物质动力学的理论描述通常依赖于平均场(MF)或单激发(SE)近似,然而它们适用的参数范围很少被明确界定。该工作表明,典型的极限参数范围由两个独立参数表征:分子数量 \(N\) 和激发数量 \(N_{\rm exc}\)。在Tavis-Cummings模型中,当 \(N\gg 1\) 且激发密度 \(N_{\rm exc} / N \to 0\) 时,MF和SE描述一致,并产生线性集体动力学,显示出谐波拉比振荡。在有限激发密度(\(N_{\rm exc} / N \sim \mathcal{O}(1)\))下,大 \(N\) 极限仍能由MF动力学准确描述,但在 \(N_{\rm exc} / N\) 中变为非线性,表现为腔振幅的Duffing方程,并伴有非谐波拉比频率。研究人员进一步表明,簇展开系统地恢复了MF之外的有限 \(N\) 相关性。当包含局部振动相互作用时,两种近似都达到相同的线性集体极限,其中SE通过极化子解耦达到,而MF通过线性化达到。这一双参数范围图阐明了不同理论描述提供可控集体光物质动力学描述的极限条件。
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提交arXiv: 2026-05-22 21:15

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