化学、フォトニクス、量子技術の分子ポリトン

分子ポリトンは、分子モードとフォトニックモード間のハイブリダイゼーションに起因する準粒子です。これらの複合エンティティは、両方の構成要素から継承されたベアリング特性を示し、修正されたエネルギーレベルと波動関数を示し、それにより過去10年間に化学者の注意を引きます。化学反応を修正する可能性は、フォトニックおよび量子用途の光学反応を強化および操作する努力とともに、多くの調査に拍車をかけています。このレビューは、この急成長する分野の実験的進歩に焦点を当てています。理論的基礎やさまざまな空洞アーキテクチャを含む基礎の導入から始まり、ポラリトン修飾化学反応の結果について説明します。さらに、化学を制御するこの革新的な方法の基礎となるメカニズムをめぐる進行中の議論と不確実性をナビゲートします。分子ポリトン、特に振動分子ポリトンのエネルギーダイナミクスの包括的な理解を得ることに重点が置かれています。さらに、コヒーレント2次元分光法のユニークな能力について、ポリトンとダークモードのダイナミクスを分析し、化学反応を変化させる空洞内の重要な成分に関する洞察を提供します。さらに、量子応用における分子ポリトンの潜在的な有用性に加えて、特にキラル現象の文脈で分子およびフォトニック偏光の正確な操作に拡大します。この議論は、ポラリトン修飾分子特性を基盤とする物理学を明らかにするためのより深い好奇心と関与に火をつけることを目指しています。

Molecular polaritons are quasiparticles resulting from the hybridization between molecular and photonic modes. These composite entities, bearing characteristics inherited from both constituents, exhibit modified energy levels and wave functions, thereby capturing the attention of chemists in the past decade. The potential to modify chemical reactions has spurred many investigations, alongside efforts to enhance and manipulate optical responses for photonic and quantum applications. This Review centers on the experimental advances in this burgeoning field. Commencing with an introduction of the fundamentals, including theoretical foundations and various cavity architectures, we discuss outcomes of polariton-modified chemical reactions. Furthermore, we navigate through the ongoing debates and uncertainties surrounding the underpinning mechanism of this innovative method of controlling chemistry. Emphasis is placed on gaining a comprehensive understanding of the energy dynamics of molecular polaritons, in particular, vibrational molecular polaritons─a pivotal facet in steering chemical reactions. Additionally, we discuss the unique capability of coherent two-dimensional spectroscopy to dissect polariton and dark mode dynamics, offering insights into the critical components within the cavity that alter chemical reactions. We further expand to the potential utility of molecular polaritons in quantum applications as well as precise manipulation of molecular and photonic polarizations, notably in the context of chiral phenomena. This discussion aspires to ignite deeper curiosity and engagement in revealing the physics underpinning polariton-modified molecular properties, and a broad fascination with harnessing photonic environments to control chemistry.