非谐振动极化激元的多能级量子Rabi模型

我们提出一种腔量子电动力学方法来描述单个非谐分子振动与红外腔场之间的光-物质相互作用。从具有量子化核运动的通用Morse振子出发，我们推导出一个多能级量子Rabi模型，以研究超越旋转波近似的振动极化激元。我们详细分析了振动极化激元的能谱，并与现有实验进行了比较。对于高激发能量，当光-物质耦合强度和腔频率调谐时，能谱展现出由真实和避免能级交叉构成的密集流形。这些交叉受腔场施加的赝宇称选择定则支配。我们还分析了核坐标空间中的极化激元本征态。我们证明，在给定能量下，振动极化激元的键长永远不会大于具有相同能量的裸Morse振子的键长。这种振动极化激元的键硬化现象以产生虚红外腔光子为代价，并可能对化学反应性产生影响。