[论文解读] Localization of light in subradiant Dicke states: a mobility edge in the imaginary axis

G. L. Celardo, Mattia Angeli+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2017

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用 5

一句话总结

该论文表明，即使在稀薄区域，由于原子跃迁频率的无序性，光也能通过亚辐射Dicke态在三维冷原子气体中局域化。它揭示了在虚能量轴上存在一个迁移率边——将局域态与扩展态分隔开——表明局域化取决于态的寿命而非实能量，这是开放量子系统中标量波局域化的一种新机制。

ABSTRACT

Anderson localization of light in three dimensions has challenged experimental and theoretical research for the last decades. Localization of light in cold atomic systems presents strong differences from the standard problem of localization since one needs to deal with an open quantum wave problem in presence of long range hopping which induces strong cooperative effects, such as super and subradiance. Contrary to common believe, we show that localization of light is possible in the dilute regime for subradiant states. Additional disorder in atomic transition frequencies leads to the emergence of a mobility edge in the immagibary axis, independent of the real energy. The existence of a critical lifetime above which subradiant Dicke states are localized appears as a general feature of scalar wave localization.

研究动机与目标

• 研究在具有长程跃迁和合作效应的稀薄开放量子系统中，光的安德森局域化是否可能发生。
• 确定原子跃迁频率无序在实现亚辐射Dicke态局域化中的作用。
• 探索在虚能量轴上是否存在一个迁移率边，独立于实能量，用于标量波局域化。
• 确立在这些系统中，局域化由态的寿命而非实能量决定。

提出的方法

• 对具有无序跃迁频率的三维冷原子系综中光传播进行建模。
• 将系统视为具有长程偶极-偶极相互作用的开放量子波问题。
• 聚焦于表现出抑制辐射和增强寿命的亚辐射Dicke态。
• 在能量谱的虚部引入迁移率边，以区分局域态与扩展态。
• 使用有效哈密顿量技术，将问题映射到非厄米随机矩阵模型。
• 应用谱分析，识别出亚辐射态开始局域化的临界寿命阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 在位置空间中不存在强无序的情况下，光是否仍能在三维冷原子系统中实现局域化？
• RQ2 即使在稀薄区域，亚辐射Dicke态的存在是否仍能实现局域化？
• RQ3 在虚能量轴上是否存在一个迁移率边，将局域态与扩展态分隔开，且独立于实能量？
• RQ4 亚辐射Dicke态的寿命是否决定局域化的起始，而非实能量或空间无序？
• RQ5 在虚轴上出现迁移率边是否是开放系统中标量波局域化的普遍特征？

主要发现

• 在稀薄冷原子气体中的亚辐射Dicke态，由于原子跃迁频率的无序性，可表现出安德森局域化。
• 在虚能量轴上出现迁移率边，将局域态与扩展态分隔开，且独立于实能量。
• 局域化由亚辐射态的临界寿命决定，超过该阈值后态即发生局域化。
• 在虚轴上存在迁移率边是开放量子系统中标量波局域化的普遍特征。
• 该机制允许在无需强空间无序的条件下实现局域化，挑战了关于光局域化的传统观点。