量子伊辛材料中磁子-极化子的理论

我们提出了量子伊辛材料中磁子-极化子的理论,并发展了描述光与物质耦合的形式体系,适用于伊辛系统在其量子临界点被调节的情形。该理论应用于具有多能级单点哈密顿量的伊辛材料,其中存在多种磁子模式,如绝缘伊辛磁体LiHoF$_4$。我们发现磁子-光子耦合强度可由外加横向场调节,量子伊辛材料中存在的软模与光子谐振腔模之间的耦合在材料量子临界点处发散。固定自旋系统不会展现当光耦合到可动自旋或原子时所预期的抗磁响应。若无抗磁响应,人们预期发散的磁子-光子耦合强度会导致超辐射量子相变。然而,这忽略了任何真实系统中存在的阻尼与退相干效应。我们表明阻尼与退相干可能阻断超辐射量子相变,并导致软磁子模与谐振腔模之间的弱耦合。该理论结果被应用于微波谐振腔中模型系统LiHoF$_4$的实验数据。