Relativistic Zitterbewegung in non-Hermitian photonic waveguide systems
Zitterbewegung(ZB)是相对论量子系统中的一种现象,其中电子波包在其运动期间表现出抖动或振荡行为,这是由其与负能态的相互作用或耦合引起的。在电子系统中直接观察ZB是困难的,这是由于与电子的原子尺度波长相关的挑战。光子系统提供了另一种范例。我们利用伪宇称-时间(伪PT)对称性的概念来研究非厄米量子系统中的ZB,该系统被实现为实验上可行的光波导阵列。特别地,非厄米哈密顿量通过波导之间的倏逝波耦合来实现,以形成具有沿引导方向的增益和损耗的周期性调制的一维晶格。随着调制频率的改变,我们得到了一些现象,包括周期性抑制ZB抖动,空间能量本地化,和厄米特类ZB振荡。我们计算相图表明不同类型的相对论性非厄米量子系统的动力学行为的出现在一个实验合理的参数空间。我们提供的数值结果和物理分析来解释不同的动力学行为所揭示的相图。我们的研究结果提供了一个更深入的了解相对论性ZB现象和非厄米赝PT系统,在控制/利用光传播的波导为基础的光学系统中的潜在应用。
2016-12-22 physics.optics quant-ph
Zitterbewegung (trembling motion) of electrons in semiconductors: a Review
本文综述了半导体中电子的颤动运动(ZB)的最新研究。简要介绍了这一课题的历史,讨论了半相对论和自旋系统中的抖动运动,并强调了它的主要特征。详细阐述了单层和双层石墨烯以及碳纳米管中载流子的Zitterbewegung。以单层石墨烯为例,描述了外加磁场对ZB的影响。解释了晶体中电子ZB的性质。我们还回顾了在真空和半导体中的抖动运动的各种模拟,并提到在声波和光子周期结构中的ZB波现象。本文试图引用关于这一主题的所有相关文献。
2011-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vortex-Enhanced Zitterbewegung in Relativistic Electron Wave Packets
该研究通过构建相对论性涡旋电子波包,利用轨道角动量放大ZBW振幅,实现对相对论量子动力学的观测。
2025-11-26 hep-th quant-ph
Zitterbewegung Effect and Quantum Geometry in Non-Hermitian Exciton-Polariton Systems
本研究解析推导了非厄米系统中波包动力学的半经典运动方程,揭示了由非厄米自旋动力学引起的颤振效应,并发现可用非厄米量子度规张量表示的群速度新颖修正。
2025-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Spin-orbit pendulum in Dirac oscillator
研究了相对论性狄拉克振子(DO)中的波包动力学。与非相对论自旋轨道摆效应进行了比较。特殊的相对论效应,如自旋运动中的Zitterbewegung,在狄拉克表象中被发现。在Foldy-Wouthuysen表示中,这种颤动运动消失了。一个实质性的差异对应的粒子的圆形和线性轨道的波包的动力学得到和讨论。
2001-05-06 quant-ph
Effects of Space-Time Curvature on Spin-1/2 Particle Zitterbewegung
本文研究了自旋1/2粒子Zitterbewegung在一般弯曲时空背景下的性质,该背景用费米正规坐标描述,其中空间部分用一般曲线坐标表示。采用Barut和Bracken首先介绍的方法Zitterbewegung在局部静止框架的粒子,它表明,非平凡的引力的相对位置和动量算符的贡献出现由于耦合的Zitterbewegung频率项与Ricci曲率张量在费米框架,表明形式上违反弱等效原理。这些贡献的显式表达式示出的情况下,准圆轨道运动的自旋1/2粒子在Vaidya背景。由于时空曲率效应与Zitterbewegung频率的耦合,Pauli-Lubanski矢量的时间导数也出现了正式的表达式。此外,曲线坐标的选择导致自旋为1/2的粒子的正则动量的时间演化中的非惯性贡献,其中Zitterbewegung效应导致其传播的稳定性考虑,基于Floquet微分方程理论。
2009-08-27 gr-qc hep-th quant-ph
Photons inside a waveguide as massive particles
在本文中,我们证明了德布罗意物质波的行为与空心波导中电磁波的行为之间存在着密切的相似性,使得被导光子可以被视为受相对论量子力学方程约束的自由质量粒子。受导光量子的有效静止质量和狄拉克电子的zitterbewegung现象的启发,与著名的希格斯机制不同,我们提出了一些关于质量起源的启发性想法。
2008-08-19 quant-ph
Zitterbewegung of massless particles
本文分析了具有任意自旋的无质量粒子的Zitterbewegung在各种表象中的表现。动力学的群速度的无质量粒子作为一个整体和相应的径向矢量的确定。该半径矢量定义了表征粒子的移动波包的包络的任何固定点,并且其群速度不同于波前的任何点的群速度。我们考虑自由的无质量标量粒子和狄拉克粒子,光子,以及具有任意自旋的有质量和无质量粒子,并以不同的表示来描述它们。对于具有任意自旋的粒子,使用广义Feshbach-Villars表示和Foldy-Wouthuysen表示。Zitterbewegung发生在任何表示除了Foldy-Wouthuysen之一。描述一个“颤动”的自由粒子的运动的公式在任何表象中都是相同的。在Foldy-Wouthuysen表示中,自由粒子的速度和动量的算符是成比例的,Zitterbewegung不发生。由于径向矢量(位置)和速度算符是经典位置和速度在Foldy-Wouthuysen表象中的量子力学对应物,因此Zitterbewegung是不可观测的。以前对自由质量粒子也有过同样的结论。对于自旋为0、1/2、1的相对论性大质量粒子和自旋为0、1/2的无质量粒子,在任意强电磁场中,与外场无关的Zitterbewegung也不会出现在Foldy-Wouthuysen表象中。这一结论是由主导项的哈密顿量成比例的零和一次幂的普朗克常量,并为这些条款成比例的$\hbar^2$描述接触…
2022-06-11 hep-th quant-ph
Zitterbewegung of electrons in quantum wells and dots in presence of an in-plane magnetic field
研究了面内磁场对半导体量子阱和具有Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用的量子点中电子的zitterbewegung(ZB)的影响.我们得到了半导体量子阱中电子的位置矢量和电流随时间演化的一般表达式。振荡运动的振幅与动量空间中的Berry联系直接相关。我们发现,在磁场的存在下,量子阱中的ZB不消失时,Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用的强度是相等的。即使在$k_0 d$(其中$d$是高斯波包的宽度,而$k_0$是初始波矢量)的低值下,面内磁场也有助于维持量子阱中的ZB。具有高Lande g因子的半导体量子阱(例如InSb)中的电子的抖动运动即使在低的$k_0 d$值下也维持很长时间。在此基础上,我们进一步数值研究了电子在量子点中的量子能带。即使当不存在磁场以及当SOI的强度相等时,抖动运动也持续时间。量子点中的ZB是由于对应于系统能量本征值的所有可能差异的振荡运动的叠加。这是多频ZB现象的另一个示例。
2012-04-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Frenkel electron on an arbitrary electromagnetic background and magnetic Zitterbewegung
给出了相对论自旋二分之一粒子的位置和自旋的拉格朗日量,它包含了必要的约束条件和动力学方程。该模型对任意磁矩值$μ$和任意电磁背景都是一致的。我们的方程与Frenkel的方程在Frenkel的近似下相吻合,后者是由Frenkel得到的。从近似方程到精确方程的过渡产生了理论的两个结构修正。首先,自旋张量的Frenkel条件转化为Pirani条件。其次,正则动量不再与速度成正比。因此,即使当$μ=1$(Frenkel情况)时,完全方程和近似方程预测粒子的不同行为。动量和速度之间的差异意味着对自旋轨道相互作用的额外贡献。为了估计贡献,我们找到了精确解的情况下,均匀磁场的完整方程。当Frenkel电子绕圆运动时,我们的粒子经历磁{ \it Zitterbewegung},即在磁场的方向上以快粒子的康普顿波长量级的振幅振荡。此外,该粒子具有偶极矩。
2014-06-26 hep-th quant-ph
Non-relativistic limit in the 2+1 Dirac Oscillator: A Ramsey Interferometry Effect
本文研究了相对论量子力学中的一个典范模型--二维Dirac振子的非相对论极限。值得注意的是,我们发现了一种新的Zitterbewegung坚持在这个非相对论制度,并导致可观察到的变形的粒子轨道。这种效应可以用拉姆齐干涉现象来解释,从而使相对论量子力学和量子光学之间有了深刻的联系。此外,随后对非相对论性极限的修正,解释了通常的自旋-轨道Zitterbewegung,可以用马赫-曾德尔干涉仪来清楚地理解。
2008-03-28 cond-mat.other hep-th quant-ph
Spin-orbit pendulum - Relativistic extension
本文将文[1]中的{ \em自旋-轨道摆}理论推广到相对论性。这就是所谓的狄拉克振荡器。我们的第一个结果,集中在圆形波包运动最近已发表[2]。本文的研究范围是线性波包的运动。在相对论方法中,我们发现{ \em Zitterbewegung}的自旋轨道运动(狄拉克表示)由于耦合到负能态。这种效应在Foldy-Wouthuysen表示中被消除了。相对于非相对论情况的另一个重要变化是周期性的丧失。这一现象与Jaynes-Cummings模型中粒子数反转的时间演化有关。
1999-09-07 quant-ph
Position, spin and orbital angular momentum of a relativistic electron
最近的兴趣在相对论性电子涡旋态的动机,我们重温狄拉克电子的自旋和轨道角动量性质。这些都是唯一确定的相对论electron.We位置算子的选择综述文献中讨论的两种主要方法:(一)到正能量子空间的运营商的投影,消除zitterbewegung效应和正确地描述自旋轨道相互作用的影响,和(ii)使用牛顿-维格纳-Foldy-Wouthuysen运营商的基础上,逆Foldy-Wouthuysen变换。我们认为,第一种方法[先前描述的应用于狄拉克涡旋光束在K.Y. Bliokh等人,物理修订信函107,174802(2011)]比第二个[S.M. Barnett,Phys. Rev. Lett. 118,114802(2017)]。
2017-08-03 quant-ph
Relativistic Mechanics Theory for Electrons that Exhibits Spin, Zitterbewegung, Superposition and Produces Dirac's Wave Equation
提出一种新经典相对论力学理论,将电子自旋视为点粒子时空路径的固有部分,通过四阶运动方程导出狄拉克波动方程,并统一描述自旋、颤动与叠加现象。
2024-02-11 quant-ph
The Dirac Oscillator. A relativistic version of the Jaynes--Cummings model
将相对论Dirac振子中的波包动力学与Jaynes-Cummings模型进行了比较。狄拉克振子的强自旋-轨道耦合产生自旋与轨道运动的纠缠,类似于在量子光学模型中观察到的情况。自旋的坍缩和恢复,其结果扩展到相对论理论,我们以前对非相对论振荡器的发现,在那里他们被称为“自旋-轨道振荡”。有重要的相对论效应(缺乏周期性,zitterbewegung,负能量状态)。其中许多在Foldy-Wouthuysen转换后消失。
1999-03-22 math-ph math.MP physics.atom-ph
Single-photon spin-orbit entanglement violating a Bell-like inequality
从q板(或Pancharatnam-Berry相位光学元件)出射的单光子在自旋和轨道角动量自由度上表现出纠缠。提出了一个探测单光子自旋轨道关联的实验方案。研究发现,单光子自旋轨道纠缠态的Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)参数S可达2.828,明显违反了Bell不等式,从而使非上下文隐变量(NCHV)理论失效.
2010-01-07 quant-ph
Spin and Orbital Rotation of Electrons and Photons via Spin-Orbit Interaction
我们证明了当电子或光子在圆柱对称波导中传输时,其自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)之间的相互作用。值得注意的是,我们发现,从这种自旋轨道相互作用所产生的动力学定量描述的一个单一的表达式适用于电子和光子。这导致了几个新的旋转效应的预测:任何粒子的自旋/极化矢量的空间或时间演化是由其OAM量子数的符号控制,或者相反,其空间波函数是由其SAM控制。我们表明,这些影响在电子和光子的共同起源是一个普遍的几何相位。我们演示了如何利用这些现象可逆地转移纠缠之间的SAM和OAM自由度的两粒子状态。
2009-12-09 quant-ph
Single-photon interferometry with orbital angular momentum circumvents standard wave-particle duality
从马赫-曾德尔干涉仪(MZI)中射出的具有明确轨道角动量的偏振光子被证明可以绕过波粒二象性。其偏振分辨探测概率形成非正弦干涉图样。对于MZI臂之间的某些相位差,该模式产生可靠的哪个路径信息和高相位灵敏度。
2007-05-28 quant-ph
Quantum information transfer from spin to orbital angular momentum of photons
光学“自旋-轨道”耦合发生在被称为“q板”的适当图案化的非均匀双折射板中,允许单个光子的偏振与其轨道角动量(OAM)纠缠。这个过程,反过来,可以用来建立一个双向的“自旋-OAM接口”,能够将量子信息从自旋转置到光子和\textit{vice versa}的OAM自由度。在这里,我们通过单光子量子断层分析实验证明了这一过程。此外,我们表明,双光子量子关联,如合并干涉所产生的,可以成功地转移到OAM自由度。
2009-05-13 quant-ph
Implementation of one-dimensional quantum walks on spin-orbital angular momentum space of photons
光子可以携带自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM),分别可以用来实现量子比特系统和高维系统。这种自旋轨道系统非常适合于实现一维离散时间量子随机游动。我们提出了一个简单的方案,量子行走的自旋轨道角动量空间的光子,其中光子行走的无限OAM空间由他们的SAM控制。通过采用最近发明的光学器件,所谓的“q板”,我们的方案比其他方案更简单和有效,因为在该方案中没有Mach-Zehnder干涉仪。
2010-02-03 quant-ph
Quantum teleportation in the spin-orbit variables of photon pairs
我们提出了一个利用自发参量下转换产生的纠缠光子对实现偏振到轨道角动量隐形传态的方案。通过对单个光子的偏振和角动量宇称的联合检测,我们能够检测所有的Bell态,并在原则上使用最少的资源从离散系统到连续系统进行完美的隐形传态。所提出的协议实现需要目前在量子光学实验室中可用的实验资源。
2011-02-19 quant-ph
Generation of polarization-entangled counter-propagating photons with high orbital angular momentum
提出一种基于光纤的高阶OAM偏振纠缠光子源,通过四波混频产生纠缠光子对,并利用helical gratings转换为高OAM模式,实现了对联合光谱幅度的鲁棒控制。
2024-10-15 quant-ph
Remote state preparation of single photon orbital angular momentum lattices
具有周期晶格结构的光束拓宽了结构波的研究。在目前的工作中,我们产生的自旋轨道纠缠光子态的晶格结构,并使用它们在远程状态准备协议。我们依次测量空间相关率与电子倍增增强CCD相机和验证成功的远程制备自旋轨道状态进行逐像素量子态断层扫描。在量子机制中控制这些新颖的结构波提供了一种用于周期性结构的量子传感和操纵的方法。
2021-06-15 quant-ph
The effect of atmospheric turbulence on entangled orbital angular momentum states
分析了大气Kolmogorov湍流对参量下转换产生的纠缠轨道角动量态的影响。我们计算联合和信号光子探测概率,并获得数值上的模式宽度到弗里德参数比的依赖。我们证明了纠缠光子是不太强大的Kolmogorov湍流的影响相比,单光子。相比之下,在最低阶模式中,信号光子比单光子更鲁棒。我们还获得数值的模式宽度到弗里德参数比的值之间的比例关系,其中联合检测概率是最大值和信号和空闲光子之间的动量失配后,通过介质传播。
2007-03-22 quant-ph
Implementing the Deutsch's algorithm with spin-orbital angular momentum of photon without interferometer
Deutsch算法是最简单的量子算法,体现了量子计算机的加速性。本文从理论上提出了一种在自旋轨道角动量空间中实现量子Deutsch算法的方案。我们的方案利用了一种新开发的称为“q板”的光学器件,它可以同时耦合和操纵自旋-轨道角动量。由于没有干涉仪,该实验装置在理论上具有很高的稳定性和效率。
2012-07-24 quant-ph
Semi-relativistic effects in spin-1/2 quantum plasmas
新兴的可能性,创造和研究新的等离子体制度,例如相对论等离子体和致密的系统,在受控的实验室环境中,也需要新的建模工具,这样的系统。这为动力学理论的理论研究带来了动力学理论的动力学理论的相对论和量子效应同时发生的等离子体动力学。在这里,我们调查的背景下,自旋1/2量子等离子体的标量动力学理论的相对论修正的泡利哈密顿量。特别是,我们制定了一个量子动力学理论,考虑到电子的集体运动的自旋轨道耦合和Zitterbewegung等效应。我们讨论了我们的研究结果的影响和可能的应用。
2011-08-24 physics.plasm-ph quant-ph
Single-Photon Spin-Orbit Entangled States in Optical Fibers
将光纤中的奇偶矢量模用轨道角动量模的线性组合表示,并将其视为单光子自旋轨道纠缠态。它使得用纤维结构产生这样的状态成为可能。
2021-06-14 physics.optics quant-ph
Spin-orbit hybrid entanglement of photons and quantum contextuality
我们证明了单光子和相关光子对的电磁量子态,表现出自旋和轨道角动量之间的“混合”纠缠。这些状态是从自发参量下转换发射的纠缠光子对中获得的,通过采用$q$板来耦合光子的自旋和轨道自由度。纠缠和上下文量子行为(也是非本地的,在光子对的情况下)被证明违反Clauser-Horne-Shimony-Holt不等式。此外,一个经典的模拟的混合自旋轨道光子纠缠的报告和讨论。
2011-03-21 physics.optics quant-ph
Deterministic qubit transfer between orbital and spin angular momentum of single photons
在这项工作中,我们通过实验实现了一个通用量子比特的确定性转移,该量子比特最初编码在单个光子的轨道角动量中,以实现其偏振。这种完全可逆的量子信息的传递已经采用电调谐q板装置和具有Dove棱镜的Sagnac干涉仪来实现。所采用的方案具有高保真度和低损耗。
2011-09-30 physics.optics quant-ph
Relativistic Spin-Orbit Interactions of Photons and Electrons
实验室光学通常处理单个参考系中的单色光光束,由于光的自旋和轨道自由度之间的耦合而表现出许多自旋-轨道相互作用现象。类似的现象也出现在电子和其他自旋粒子上。本文研究了在不同参考系之间,携带自旋和轨道角动量(AM)的近轴光子和相对论电子态在洛伦兹增强作用下的变换。我们表明,横向助推不可避免地产生一个相当不平凡的转换从自旋轨道AM。然后将转换的部分在本征(涡旋)和非本征(横向位移或霍尔效应)贡献之间分离。虽然自旋、本征轨道和外轨道部分都指向不同的方向,但这种复杂的行为对于粒子总AM的正确洛伦兹变换是必要的。相对论自旋轨道相互作用在涉及光子、电子和其他相对论自旋粒子的散射过程中以及研究快速运动物体发出的光时可能很重要。
2018-01-28 physics.optics quant-ph
Optical vortex harmonic generation facilitated by photonic spin-orbit entanglement
本文首次实验证明光子自旋-轨道纠缠可促进非线性频率转换中的自旋到轨道转移,仅用单个高斯泵浦光束在光学纳米光纤中于三次谐波处产生光学涡旋,突破了各向同性介质中的禁戒限制,为高效涡旋产生及混合量子系统实现开辟了新途径。
2023-08-05 physics.optics quant-ph
Photon Orbital Angular Momentum and Proca effects in rotating and charged spacetimes
我们分析了在Kerr-Newman和Reissner-Nordstrom-deSitter时空中结构等离子体对光子的Proca质量和轨道角动量的影响。湍流等离子体中特征长度的存在将虚Proca光子质量转换为轨道角动量,结果是虚光子质量减小。这种等离子体效应和引力场效应的结合导致了一种新的天体物理现象,这种现象将轨道角动量的特定分布印刻到从这种黑洞附近发射的不同频率的光中。在不同的频带中的辐射的轨道角动量谱的测定导致的静电和引力场的黑洞和等离子体湍流的完整表征,具有基本的天体物理学和宇宙学的影响。
2011-09-01 astro-ph.HE gr-qc quant-ph
On Exchange of Orbital Angular Momentum Between Twisted Photons and Atomic Electrons
本文给出了扭曲(拉盖尔-高斯分布)光子与氢原子散射的矩阵元表达式。我们认为光子进入的轨道角动量(OAM)的$\ell \hbar$,携带的一个因素$e^{i \ell ϕ}$不存在于一个平面波或纯高斯轮廓光束。研究了OAM的$+2\ell$单元从光子到原子方位角量子数的转移性质。我们得到简单的公式,这些OAM翻转转换的弹性前向散射的扭曲光子时,光子波长$λ$是大的相比,原子的目标尺寸$a$,和小的瑞利范围$z_R$,它的特点是扭曲的光子束的准直长度。
2012-06-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Spin-Orbit Larmor Clock for Ionisation Times in One-Photon and Strong-Field Regimes
光电离是一个过程,其中吸收一个或多个光子释放电子并在量子系统(如原子或分子)中产生空穴。使用一个或多个光子移除一个电子会更快吗?如何定义这个时间?在这里,我们介绍一个时钟,使我们能够定义电离时间为单光子和多光子电离制度。时钟利用电子或空穴自旋与它们的轨道运动产生的磁场的相互作用,称为自旋轨道相互作用。在磁场中自旋进动的角度记录了时间。我们使用分析理论和从头计算的组合来显示电离延迟如何取决于吸收的光子的数量,它在实验中是如何出现的,以及它意味着什么电子动力学。特别是,我们应用我们的方法来计算强场电离的隧道机制的时间延迟。
2015-09-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Spin Operators for Massive Particles
自一个世纪前发现以来,描述大质量基本粒子固有角动量的自旋揭示了它的本质以及在广泛的(相对论)量子现象和未来量子技术实际应用中的重要作用。新出现的不一致之处也暴露了其不完整的描述。从相对论量子力学开始,寻找大质量粒子的相对论自旋(算符)就是一个长期存在的基本问题。本文从时空对称性出发,给出了自旋算符的严格推导和表示。由自旋算符定义的协变宇称运算,自然地导出了一个等价于协变狄拉克方程的基本方程,它体现了存在的相对论自旋。正确理解狄拉克理论中的位置算符,考虑到自旋算符通过总角动量,预测没有Zitterbewegung以及守恒的轨道和自旋流。自旋算符可用于解开不一致性和探索大质量粒子的物理学。
2016-10-11 hep-th math-ph math.MP