强耦合腔量子电动力学中声子效应的非马尔可夫微扰理论

在基于固态发射体或荧光分子的腔量子电动力学系统中，声子相互作用不可避免，其中晶格或化学键的振动与电子自由度耦合。由于振动环境的非马尔可夫响应，以计算高效的方式描述此类效应仍是一项重大理论挑战。当发射体-腔耦合可与典型声子能量范围相当或更大，且极化子形成与光学跃迁的振动修饰同时发生时，这一点尤为显著。在本文中，我们考虑四种非马尔可夫微扰主方程方法来描述在宽泛光-物质耦合强度下的此类动力学，并将它们与使用张量网络的数值精确参考计算进行比较。这些主方程使用不同的基变换推导，随后引入并分析新基下的微扰展开。我们发现两种方法特别成功且稳健。其中第一种由本文提出并发展，基于激子-腔极化子的振动修饰。这使得能够描述当极化子分裂超过环境中典型声子频率尺度时出现的明显声子-极化子边带。第二种方法基于电子态的变分优化极化子振动修饰。这两种方法在与发射谱的参考计算比较时均表现出良好的定性与定量一致，并且在热声子布居显著的升高温度下在数值上也是稳健的。