非微扰腔量子电动力学中物质的有效理论

从耦合到腔的N粒子一般物质系统出发，我们利用相干态路径积分表述，为物质自由度构建了一个非微扰有效理论。我们处理了镜像电荷、A²项以及多模任意几何腔的影响。所得的（非局域）作用量将光子自由度替换为粒子间依赖于位置的有效相互作用。在大N极限下，我们讨论了如何将该理论转化为一个有效哈密顿量，其中腔诱导的相互作用被显式表达。该理论不仅适用于腔量子电动力学，也适用于任何体材料与可对角化玻色子浴线性耦合的系统。我们强调了该理论与其他已知方法的区别，并在Dicke模型上数值研究了其有限尺寸标度。最后，我们通过三个例子展示了其描述能力：光子凝聚、腔中的二维自由电子气以及分子自旋间磁相互作用的修正；恢复、凝练并扩展了文献中的一些近期结果。