Published August 2, 2018 | Version v1
Publication Open

Enhancing quantum phase transitions in the critical point of Extended TC-Dicke model via Stark effect

Creators

  • 1. Egyptian Atomic Energy Authority
  • 2. South Valley University

Description

A system of N two-level atoms, Tavis-Cummings Dicke (TC-Dicke) model, interacting with a one-mode electromagnetic radiation field in the presence of the Stark shifts is studied, which is expected to predict new phenomena that are not explored in the original TC-Dicke model. We obtained the potential energy surface of the system using a trial state the direct product of coherent states in each subspace. In the frame of mean-field approaches, the variational energy is evaluated as the expectation value of the Hamiltonian for this state. The order of the quantum phase transitions is determined explicitly and numerically. We estimate the ground-state energy and the macroscopic excitations in the superradiant phase. Moreover, we investigated the critical properties of the TC-Dicke model in the classical spin limit and coherent state. We observed that in the thermodynamic limit, the energy surface takes a simple form a direct description of the phase transition. Moreover, it is found that when the microwave amplitude changes the new phase transition occurs with the Stark shift. The analytical solutions and numerical results, which appear in this paper are agreement with our paper which published recently in Int. J. Mod. Phys. B when we studied the same model using a different coherent state.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمت دراسة نظام من N ذرات ذات مستويين، نموذج Tavis - Cummings Dicke (TC - Dicke)، يتفاعل مع مجال إشعاع كهرومغناطيسي أحادي النمط في وجود تحولات Stark، والتي من المتوقع أن تتنبأ بظواهر جديدة لم يتم استكشافها في نموذج TC - Dicke الأصلي. حصلنا على سطح الطاقة الكامنة للنظام باستخدام حالة تجريبية وهي المنتج المباشر للحالات المتماسكة في كل فضاء فرعي. في إطار مناهج المجال المتوسط، يتم تقييم الطاقة التفاضلية كقيمة توقع هاميلتون لهذه الحالة. يتم تحديد ترتيب انتقالات الطور الكمومي بشكل صريح وعددي. نحن نقدر طاقة الحالة الأرضية والإثارات العيانية في مرحلة الإشعاع الفائق. علاوة على ذلك، قمنا بالتحقيق في الخصائص الحرجة لنموذج TC - Dicke في حد الدوران الكلاسيكي والحالة المتماسكة. لاحظنا أنه في الحد الديناميكي الحراري، يأخذ سطح الطاقة شكلًا بسيطًا وصفًا مباشرًا لانتقال الطور. علاوة على ذلك، وجد أنه عندما يتغير اتساع الميكروويف، يحدث انتقال المرحلة الجديدة مع تحول ستارك. الحلول التحليلية والنتائج العددية، التي تظهر في هذه الورقة هي اتفاق مع ورقتنا التي نشرت مؤخرا في إنت. J. Mod. Phys. B عندما درسنا نفس النموذج باستخدام حالة متماسكة مختلفة.

Translated Description (French)

Un système d'atomes N à deux niveaux, le modèle Tavis-Cummings Dicke (TC-Dicke), interagissant avec un champ de rayonnement électromagnétique à un mode en présence des décalages de Stark est étudié, ce qui devrait prédire de nouveaux phénomènes qui ne sont pas explorés dans le modèle TC-Dicke original. Nous avons obtenu la surface d'énergie potentielle du système en utilisant un état d'essai le produit direct d'états cohérents dans chaque sous-espace. Dans le cadre des approches de champ moyen, l'énergie variationnelle est évaluée comme la valeur attendue de l'hamiltonien pour cet état. L'ordre des transitions de phase quantiques est déterminé explicitement et numériquement. Nous estimons l'énergie de l'état fondamental et les excitations macroscopiques dans la phase superradiante. De plus, nous avons étudié les propriétés critiques du modèle TC-Dicke dans la limite de spin classique et l'état cohérent. Nous avons observé que dans la limite thermodynamique, la surface d'énergie prend une forme simple une description directe de la transition de phase. De plus, on constate que lorsque l'amplitude des micro-ondes change, la nouvelle transition de phase se produit avec le décalage de Stark. Les solutions analytiques et les résultats numériques, qui apparaissent dans cet article sont en accord avec notre article qui a été publié récemment dans Int. J. Mod. Phys. B lorsque nous avons étudié le même modèle en utilisant un état cohérent différent.

Translated Description (Spanish)

Se estudia un sistema de N átomos de dos niveles, modelo de Tavis-Cummings Dicke (TC-Dicke), que interactúa con un campo de radiación electromagnética monomodo en presencia de los desplazamientos de Stark, que se espera que prediga nuevos fenómenos que no se exploran en el modelo original de TC-Dicke. Obtuvimos la superficie de energía potencial del sistema utilizando un estado de prueba el producto directo de estados coherentes en cada subespacio. En el marco de los enfoques de campo medio, la energía variacional se evalúa como el valor de expectativa del hamiltoniano para este estado. El orden de las transiciones de fase cuántica se determina explícita y numéricamente. Estimamos la energía del estado fundamental y las excitaciones macroscópicas en la fase superradiante. Además, investigamos las propiedades críticas del modelo TC-Dicke en el límite de espín clásico y el estado coherente. Observamos que en el límite termodinámico, la superficie de energía toma una forma simple una descripción directa de la transición de fase. Además, se encuentra que cuando la amplitud de las microondas cambia, la nueva transición de fase ocurre con el cambio Stark. Las soluciones analíticas y los resultados numéricos que aparecen en este artículo concuerdan con nuestro artículo publicado recientemente en Int. J. Mod. Phys. B cuando estudiamos el mismo modelo usando un estado coherente diferente.

Files

s41598-018-29902-9.pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2e4fa1bf5c6da256e853fa46f6a21fe2
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعزيز تحولات الطور الكمومي في النقطة الحرجة لنموذج TC - Dicke الممتد عبر تأثير Stark
Translated title (French)
Amélioration des transitions de phase quantiques au point critique du modèle TC-Dicke étendu via l'effet Stark
Translated title (Spanish)
Mejora de las transiciones de fase cuántica en el punto crítico del modelo TC-Dicke extendido a través del efecto Stark

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2883121983
DOI
10.1038/s41598-018-29902-9

Is supplement to
https://openalex.org/W4297797580 (Other)
https://openalex.org/W4296668438 (Other)
https://openalex.org/W4292185164 (Other)
https://openalex.org/W3105744973 (Other)
https://openalex.org/W3101464828 (Other)
https://openalex.org/W3025137950 (Other)
https://openalex.org/W2762501652 (Other)
https://openalex.org/W2198941145 (Other)
https://openalex.org/W2061303582 (Other)
https://openalex.org/W2035557321 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1979210577
  • https://openalex.org/W1982962348
  • https://openalex.org/W1984808906
  • https://openalex.org/W1986070497
  • https://openalex.org/W1994479232
  • https://openalex.org/W2004246108
  • https://openalex.org/W2004264607
  • https://openalex.org/W2017154611
  • https://openalex.org/W2024046105
  • https://openalex.org/W2032608177
  • https://openalex.org/W2037456364
  • https://openalex.org/W2052397085
  • https://openalex.org/W2052548778
  • https://openalex.org/W2055422419
  • https://openalex.org/W2068745547
  • https://openalex.org/W2069027005
  • https://openalex.org/W2080125084
  • https://openalex.org/W2092666842
  • https://openalex.org/W2098386581
  • https://openalex.org/W2121627664
  • https://openalex.org/W2164848816
  • https://openalex.org/W2316202953
  • https://openalex.org/W2526797698
  • https://openalex.org/W2588303612