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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

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

标题: 量子声学中的极化子形成

标题: Polaron formation 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: 量子声学框架最近作为非微扰的、相干的方法出现,用于研究电子-晶格相互作用,揭示了通常被微扰方法中的非相干散射事件所掩盖的丰富物理现象。 在这里,我们在该框架内对电子和声学晶格振动的耦合动力学进行建模,将晶格振动表示为相干态,电子表示为量子波包。 我们推导并数值实现了电子对晶格的反作用,提供了关于电子波包演化、自 trapping 以及小声子极化子形成方面的视觉和定量见解。 我们研究了不同材料参数下的极化子结合能,并随时间计算了关键可观测量——包括均方位移、动能、势能和振动能量。 我们的研究结果揭示了有利于极化子形成的条件,这些条件在低温、高形变势常数、慢声速、高有效质量和小费米面下得到增强。 此外,我们探讨了外加电场和磁场的影响,表明虽然在中等场强下极化子形成仍然稳健,但在更高场强下会受到轻微抑制。 这些结果加深了我们对极化子动力学的理解,并为未来研究量子材料中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 coupled dynamics of electrons and acoustic lattice vibrations within this framework, representing lattice vibrations as coherent states and electrons as quantum wavepackets. We derive and numerically implement electron backaction on the lattice, providing both visual and quantitative insights into electron wavepacket evolution, self-trapping, and the formation of small 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, high effective masses, and small Fermi surfaces. 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: 11页,5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:2411.19788v1 [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

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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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