光-物质杂化轨道第一性原理方法：极化激元统计的影响

深入理解强物质-光子相互作用需要能够高效求解非相对论量子电动力学基本泡利-菲尔兹哈密顿量的第一性原理方法。将已有的电子结构方法扩展到这种情况的一种可能途径，是将泡利-菲尔兹哈密顿量嵌入一个更高维的光-物质杂化辅助组态空间。在这项工作中，我们展示了由此产生的极化激元杂化费米-玻色统计的重要性，极化激元是腔系统中“光子修饰”泡利-菲尔兹哈密顿量的新基本粒子。我们证明，违反这些统计可能导致非物理结果。我们提出了一种有效方法，通过对修饰的单体约化密度矩阵施加可表示性条件，来确保底层波函数的正确对称性。我们进一步给出了将给定第一性原理方法扩展到极化激元的一般性方案，并作为例子引入了极化激元哈特里-福克理论。尽管在极化激元空间中是一种单参考方法，极化激元哈特里-福克在电子空间中却是一种多参考方法，即它描述了电子关联。我们还讨论了其在极化激元量子电动力学密度泛函理论（QEDFT）中的可能应用。我们将此理论应用于一个晶格模型，发现粒子的束缚态波函数越是非局域化，其对光子的反应就越强。主要原因在于，与强束缚（因而能量上分离）的基态波函数相比，在一个小能量范围内存在许多具有不同电子组态的态。这表明，在特定条件下，与腔的量子真空耦合确实可以改变基态性质。