Floquet engineering of many-body states by the ponderomotive potential
Abstract: The ponderomotive force is an effective static force that a particle feels in an oscillating field, whose static potential may be called the ponderomotive potential. We generalize this notion to periodically driven quantum many-body systems, and propose it as a convenient tool to engineer their non-equilibrium steady states beyond the single particle level. Applied to materials driven by light, the ponderomotive potential is intimately related to the equilibrium optical conductivity, which is enhanced close to resonances. We show that the ponderomotive potential from the incident light may be used to induce exciton condensates in semiconductors, to generate attractive interactions leading to superconductivity in certain electron-phonon systems, and to create additional free energy minima in systems with charge/spin/excitonic orders. These effects are presented with experimentally relevant parameters.
- M. S. Rudner and N. H. Lindner, Nature Reviews Physics 2, 229 (2020).
- D. N. Basov, R. D. Averitt, and D. Hsieh, Nature Materials 16, 1077 (2017).
- A. Eckardt, Rev. Mod. Phys. 89, 011004 (2017).
- L. M. Sieberer, M. Buchhold, and S. Diehl, Reports on Progress in Physics 79, 096001 (2016).
- N. H. Lindner, G. Refael, and V. Galitski, Nature Physics 7, 490 (2011).
- M. Bukov, L. D’Alessio, and A. Polkovnikov, Advances in Physics 64, 139 (2015).
- R. Moessner and S. L. Sondhi, Nature Physics 13, 424 (2017).
- N. Goldman and J. Dalibard, Phys. Rev. X 4, 031027 (2014).
- T. Kuwahara, T. Mori, and K. Saito, Annals of Physics 367, 96 (2016).
- Y. Wan and R. Moessner, Phys. Rev. Lett. 119, 167203 (2017).
- S. Rahav, I. Gilary, and S. Fishman, Phys. Rev. A 68, 013820 (2003).
- Z. Sun, D. N. Basov, and M. M. Fogler, Proc. Natl. Acad. Sci. 115, 3285 (2018a).
- C. Wolff, C. Tserkezis, and N. A. Mortensen, New Journal of Physics 21, 073046 (2019).
- A. Rikhter, D. N. Basov, and M. M. Fogler, Modeling of plasmonic and polaritonic effects in photocurrent nanoscopy (2023), arXiv:2312.00212 [cond-mat.mes-hall] .
- P. Kapitza, Soviet Physivs JETP 21, 588 (1951).
- Z. Sun, D. N. Basov, and M. M. Fogler, Phys. Rev. B 97, 075432 (2018b).
- D. E. Liu, Phys. Rev. B 91, 144301 (2015).
- T. Shirai, T. Mori, and S. Miyashita, Phys. Rev. E 91, 030101 (2015).
- T. N. Ikeda and M. Sato, Science Advances 6, eabb4019 (2020).
- H. Dehghani, T. Oka, and A. Mitra, Phys. Rev. B 90, 195429 (2014).
- F. Song, S. Yao, and Z. Wang, Phys. Rev. Lett. 123, 170401 (2019).
- L. P. Kadanoff and G. Baym, Quantum Statistical Mechanics: Green’s Function Methods in Equilibrium and Nonequilibrium Problems (W.A. Benjamin, New York, 1962).
- L. V. Keldysh, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 47, 1515 (1964).
- A. Kamenev, Field Theory of Non-Equilibrium Systems (Cambridge University Press, Cambridge, England, 2011).
- A. Altland and B. D. Simons, Condensed Matter Field Theory (Cambridge University Press, Cambridge, 2010).
- A. Mitra, I. Aleiner, and A. J. Millis, Phys. Rev. Lett. 94, 076404 (2005).
- M. Bukov, M. Kolodrubetz, and A. Polkovnikov, Phys. Rev. Lett. 116, 125301 (2016).
- N. F. Mott, Philosophical Magazine 6, 287 (1961).
- M. M. Fogler, L. V. Butov, and K. S. Novoselov, Nature Communications 5, 4555 (2014).
- E. Perfetto and G. Stefanucci, Phys. Rev. Lett. 125, 106401 (2020).
- M. Xie and A. MacDonald, Physical Review Letters 121, 067702 (2018).
- Z. Sun, To be published .
- M. A. Sentef, Phys. Rev. B 95, 205111 (2017).
- A. Grankin, M. Hafezi, and V. M. Galitski, Phys. Rev. B 104, L220503 (2021).
- J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer, Phys. Rev. 108, 1175 (1957).
- R. Shankar, Rev. Mod. Phys. 66, 129 (1994).
- Z. Sun, D. N. Basov, and M. M. Fogler, Phys. Rev. Lett. 117, 076805 (2016).
- Z. Sun and A. J. Millis, Phys. Rev. Lett. 126, 027601 (2021).
- Z. Sun and A. J. Millis, Phys. Rev. B 102, 041110 (2020).
- G. Grüner, Rev. Mod. Phys. 60, 1129 (1988).
- M. Baggioli and B. Goutéraux, Rev. Mod. Phys. 95, 011001 (2023).
- P. Giannozzi and W. Andreoni, Phys. Rev. Lett. 76, 4915 (1996).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.
