无序诱导的费米子超辐射增强

诸如Dicke超辐射之类的集体光-物质现象通常被描述为与玻色子模式均匀耦合的有效自旋集合，产生具有增强光-物质耦合的集体亮模式。在费米子系统中，泡利不相容和费米面结构可以显著修改这种图像，而原子-光耦合中的随机性提出了无序是促进还是抑制集体行为的问题。在这里，我们研究了一个腔模型，其中费米子粒子通过具有可调均值和方差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，并针对精确对角化进行基准测试，我们表征了超辐射相的开始和结构。虽然平均耦合和无序方差对开始有相同的贡献，但它们在凝聚相内导致截然不同的行为。均匀耦合支持单个亮集体费米子模式，具有传统的Dicke样腔场标度。相反，无序产生了一种定性不同的集体机制，其中许多灰色费米子态相干参与，产生凝聚体随系统尺寸的参数增强标度。我们的结果揭示了一种机制，通过该机制，无序可以（也许违反直觉地）促进集体光-物质现象。