无序诱导的费米子超辐射增强

诸如迪克超辐射这类集体光-物质现象,通常被描述为一组有效自旋与玻色子模式均匀耦合,从而形成一个具有增强光-物质耦合的集体亮模。在费米子系统中,泡利不相容原理和费米面结构会显著改变这一图景,而原子-光耦合中的随机性则引出了一个问题:无序是促进还是抑制集体行为?在此,该团队研究了一个腔模型,其中费米子粒子通过一个均值与方差可调的随机全对全相互作用矩阵与光子模式耦合。结合数值平均场方法、解析稳定性分析和随机矩阵预测,并以精确对角化作为基准,该工作刻画了超辐射相的开始及其结构。虽然平均耦合与无序方差以相同的方式贡献于相变开始,它们在凝聚相内部却导致截然不同的行为。均匀耦合支持一个单一的明亮集体费米子模式,呈现传统的迪克式腔场标度。反之,无序产生了一种性质不同的集体机制,其中多个灰色费米子态相干地参与,导致了凝聚体随系统尺寸的参数增强标度。该研究的结果揭示了一种机制,通过这种机制,无序(或许反直觉地)能够促进集体光-物质现象。
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提交arXiv: 2026-06-29 18:00

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