腔室卡西米尔-波尔德力及其在基态化学反应性中的作用
量子物理
2019-06-25 v3 化学物理
光学
摘要
本文对分子在 QED 情景下（即置于腔中且腔场与分子内振动模式强耦合时）其基态化学反应性如何被修饰进行了基础研究。我们采用分子的模型系统（Shin-Metiu 模型），其中核、电子与光子自由度被同等处理。该简化模型允许将精确量子反应速率计算与基于腔玻恩-奥本海默方法的过渡态理论预测进行比较。我们证明 QED 效应确实能显著改变化学反应的活化能垒，进而改变反应速率。控制该效应的关键物理参数是分子的永久偶极矩及其沿反应坐标的变化幅度。我们展示了在实验可实现的镜上纳米颗粒腔中，有效耦合可导致显著的单分子能量移动。我们将验证后的理论应用于实际情形（1,2-二氯乙烷分子的内旋转），展示了反应如何依据分子偶极矩的分布而被抑制或催化。此外，我们讨论了该过程中共振效应的缺失，这可通过其与卡西米尔-波尔德力的联系来理解。最后，我们处理了多分子强耦合情形，发现若分子永久偶极矩相对腔场取向，则反应速率会出现集体修饰。这表明集体耦合也可提供一种机制来修饰与腔模耦合的分子系的基态化学反应性。
引用
@article{arxiv.1807.10846,
title = {Cavity Casimir-Polder forces and their effects in ground state chemical reactivity},
author = {Javier Galego and Clàudia Climent and Francisco J. Garcia-Vidal and Johannes Feist},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.10846},
year = {2019}
}
备注
revised version with new title; 22 pages, 9 figures