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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2411.19788 (cond-mat)
[提交于 2024年11月29日 (v1) ,最后修订 2025年6月7日 (此版本, v2)]

标题: 极化子灾难在量子声学中的研究

标题: Polaron catastrophe within quantum acoustics

Authors:Alhun Aydin, Joonas Keski-Rahkonen, Anton M. Graf, Shaobing Yuan, Xiao-Yu Ouyang, Özgür E. Müstecaplıoğlu, Eric J. Heller
摘要: 量子声子框架最近作为一种非微扰、相干的方法,用于研究电子与晶格相互作用,揭示了通常被微扰方法及其非相干散射事件所掩盖的丰富物理现象。 在这里,我们在这一框架内建模了电子和声学晶格振动之间的强耦合动力学,以不同于紧束缚或离散跳跃模型的方式,将晶格振动表示为相干态,而电子则表示为量子波包。 我们推导并数值实现了电子对晶格的反作用力,提供了关于电子波包演化以及声子极化子形成的视觉和定量洞见。 我们研究了不同材料参数下极化子结合能的变化,并计算了包括均方位移、动能、势能和振动能量在内的关键可观测量。 随着时间的推移,我们的发现揭示了有利于极化子形成的各种条件,这些条件包括低温、高变形势常数、慢声速和高有效质量。 此外,我们还探讨了外部电场和磁场的影响,表明尽管在适度的场强下极化子的形成仍然稳健,但在较高场强下会受到一定程度的抑制。 这些结果深化了我们对极化子动力学的理解,并为未来研究量子材料中的非平凡输运行为铺平了道路。
摘要: The quantum acoustic framework has recently emerged as a non-perturbative, coherent approach to electron-lattice interactions, uncovering rich physics often obscured by perturbative methods with incoherent scattering events. Here, we model the strongly coupled dynamics of electrons and acoustic lattice vibrations within this framework, representing lattice vibrations as coherent states and electrons as quantum wavepackets, in a manner distinctively different from tight-binding or discrete hopping-based approaches. We derive and numerically implement electron backaction on the lattice, providing both visual and quantitative insights into electron wavepacket evolution and the formation of acoustic polarons. We investigate polaron binding energies across varying material parameters and compute key observables, including mean square displacement, kinetic energy, potential energy, and vibrational energy. over time. Our findings reveal the conditions that favor polaron formation, which is enhanced by low temperatures, high deformation potential constants, slow sound velocities, and high effective masses. Additionally, we explore the impact of external electric and magnetic fields, showing that while polaron formation remains robust under moderate fields, it is weakly suppressed at higher field strengths. These results deepen our understanding of polaron dynamics and pave the way for future studies into non-trivial transport behavior in quantum materials.
评论: 13页,5幅图
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el)
引用方式: arXiv:2411.19788 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2411.19788v2 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.19788
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: PNAS, 122, 23, e2426518122, (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2426518122
链接到相关资源的 DOI

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来自: Alhun Aydin [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 11 月 29 日 15:49:57 UTC (3,219 KB)
[v2] 星期六, 2025 年 6 月 7 日 11:16:12 UTC (3,226 KB)
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