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Type: Dissertação
Title: Thermodynamic properties of systems with strong light-matter coupling
Authors: Monteiro, Francisco Giovani Pereira
Advisor: Barros, Eduardo Bedê
Keywords in Brazilian Portuguese : Oscilador;Acoplamento luz-matéria;Dipolo;Luz;Matéria;Termodinâmica
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Issue Date: 2024
Citation: MONTEIRO, F. G. P. Thermodynamic properties of systems with strong light-matter coupling. 2024. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Consideramos uma rede de osciladores harmônicos simples isotrópicos, com carga, imersos em um fundo dielétrico, que irão acoplar fortemente com a luz que viaja no meio. Desprezando os quadrupolos, os osciladores possuem um momento dipolo elétrico, e interagem entre si através de uma interação Coulombiana instantânea. Partindo de um formalismo quântico, obtemos a relação de dispersão, levando à quantização da Hamiltoniana do sistema acoplado, em termos dos operadores bosônicos de criação e aniquilação. A partir dos autoestados e das auto-energias dos polaritons, obtivemos a função canônica de partição, através da qual se estabelece a conexão com a termodinâmica, permitindo-nos determinar grandezas físicas de interesse, como a energia livre de Helmholtz, energia interna, calor específico e pressão. Neste trabalho, analisamos e discutimos o efeito da interação luz-matéria em tais propriedades físicas.
Abstract: We consider an lattice of isotropic simple harmonic oscillators, with charge, immersed in a dielectric background, which will couple strongly with the light traveling in the medium. Neglecting quadrupoles, the oscillators have an electric dipole moment and interact with each other through an instantaneous Coulombian interaction. Starting from a quantum formalism, we obtain the dispersion relation, leading to the quantization of the Hamiltonian of the coupled system, in terms of the bosonic operators of creation and annihilation. From the eigenstates and energy eigenvalues of the polaritons, we obtained the canonical partition function, through which the connection with thermodynamics is established, allowing us to determine physical quantities of interest, such as the Helmholtz free energy, internal energy, specific heat, and pressure. In this work, we analyze and discuss the effect of light-matter interaction on such physical properties.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77454
Access Rights: Acesso Aberto
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