Topological systems interacting with classical and quantum light

Abstract

In the field of quantum materials, there is an ubiquitous quest for different strategies to control and manipulate their properties. Along this direction, driving materials out of equilibrium with a time-periodic modulation has proven to be an efficient tool for realizing unconventional configurations as transient states, or even novel out-of-equilibrium phases. In these systems, known as Floquet materials, the electronic degrees of freedom are dressed by the interaction with the electric field, which can be exploited to engineer the electronic, dynamical and topological properties of materials. In solid-state platforms, such fields can be implemented by shining classical light, i.e., a high-intensity laser, on the sample. In recent years, the idea of using quantum light for the same task has gathered considerable attention. In these set-ups, the high-intensity laser can be replaced by individual photons trapped inside a quantum cavity that are made to interact coherently with a quantum material. Although there are crucial differences between both approaches, the strategies of driven systems can guide this new research route, and the resulting hybrid systems have been denominated cavity quantum materials...

En el ámbito de investigación de los materiales cuánticos, hay una búsqueda constante de nuevas estrategias para manipular y controlar sus propiedades. A este respecto, el uso de modulaciones periódicas en el tiempo ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para generar configuraciones no convencionales en forma de estados transitorios, o incluso nuevas fases exclusivas de los sistemas fuera de equilibrio. En estos sistemas, conocidos como materiales de Floquet, los parámetros electrónicos se renormalizan debido a la interacción con el campo externo, y esto puede ser empleado para modificar sus propiedades electrónicas, dinámicas y topológicas. En plataformas de estado sólido, estos campos dependientes del tiempo puede implementarse mediante la irradiación del material con un haz de luz, como por ejemplo, un láser de alta intensidad. En los últimos años, la idea de usar luz cuántica para esta misma tarea ha suscitado mucha atención. El láser de alta intensidad puede ser reemplazado porfotones individuales atrapados dentro de una cavidad cuántica que interaccionan de manera coherente con un material cuántico. Aunque hay diferencias esenciales entre ambos enfoques, el conocimiento adquirido en el estudio de materiales fuera del equilibrio puede guiar esta nueva vía de investigación, que ha sido denominada como materiales cuánticos de cavidades...