半导体纳米结构中量子光-物质相互作用的微观模型：激子、双激子与光子的复杂耦合动力学
介观与纳米尺度物理
2026-01-29 v1 量子物理
摘要
我们提出一种微观且完全量子化的模型，用于探讨半导体纳米结构与量子光场之间的相互作用，包括光激发电子和空穴之间众多体库仑相互作用。该方法描述了量子光场与单个或双电子-空穴对（即激子和双激子）的耦合动力学，精确地考虑了库仑众多体关联性和载流子能带色散。通过一种简化且严格准确的方法，我们研究了一维两种带系统与单模两种光子量子态在塔维斯-克uming 框架下的相互作用。采用严格的一致分解方案，可显著降低计算复杂度，使数值模拟成为可能。我们还推导出一种简化模型，仅包含束缚 1s 激子和双激子态以作比较。我们的模拟结果揭示了不同的单光子和双光子拉比振荡，分别对应于光子-激子和激子-双激子跃迁。我们特别演示，双激子连续态显著改变动力学，这种变化无法被仅考虑束缚态的简化模型所捕捉。我们的发现强调了全面微观建模的重要性，以准确描述相互作用电子众多体系统的量子光学现象。
关键词
引用
@article{arxiv.2506.22220,
title = {Microscopic approach to the quantized light-matter interaction in semiconductor nanostructures: Complex coupled dynamics of excitons, biexcitons, and photons},
author = {Hendrik Rose and Stefan Schumacher and Torsten Meier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.22220},
year = {2026}
}