单曲线折叠:具有相互作用物质的Dicke模超辐射相图
本研究对Dicke模型进行了热力学极限分析,该模型描述了一个腔模与相互作用的物质集体耦合的情况。通过积分掉腔模,可以得到磁化强度 \(m\) 的精确自洽泛函 \(\tilde e(m) = λm^2/2 + e_{\rm mat}(λm)\):这是自洽场 \(h = λm\) 下对裸物质能量 \(e_{\rm mat}\) 的经典惩罚项,其中集体耦合参数 \(λ= g^2/(2ω_c)\)。仅提供该标量场时,光子不会产生物质尚未拥有的相位。具有最小值的状态构成一条连续曲线 \(λ(m) = μ_{\rm mat}^{-1}(m)/m\),因此超辐射一级相变是状态方程的一个折叠,而非不连续曲面的交叉,且该折叠可以拉直成连续线。其余规则是局域的,每个都对应一个谱特征:起始于 \(e_{\rm mat}\) 的主导奇点(软化极化激元),阶次由一种裸响应决定——朗道四次项,或迫使形成Larkin-Pikin(LP)折叠的发散磁化率。对于Dicke-Ising模型,朗道系数是精确的,从而闭式给出了二级相变边界和两个零四次项场(其中一个为三临界点);一个 \(1/d\) 展开映射了所有四个相,其中AS-PS相变在 \(d\le d_{uc}=3=4-z\)(LP)时为一级,且 \((d,ε)\) 平面上方存在三临界点。在简并四重点处,物质表现为Rydberg阻塞链,通过严格阻塞iDMRG求解:反铁磁超辐射(AS)相作为有限的一维楔形区持续存在,并以一级相变进入角落。其他磁性系统:三角反铁磁体保持连续的超辐射-超辐射线(3D-XY,无强制折叠);compass链呈现BKT型泛函起始;Heisenberg链和XX链通过守恒算符表现为谱上无声的一级起始;而Dicke-Heisenberg相图在饱和角落处存在精确的三临界点。

