تثبیت پمپ های هابارد-تولس از طریق دافعه فرمیونی غیرمحلی

تثبیت پمپ های هابارد-تولس از طریق دافعه فرمیونی غیرمحلی

خاویر آرگوئلو-لوئنگو1, مانفرد جی. مارک2,3, فرانچسکا فرلینو2,3, ماسیج لوونشتاین1,4, لوکا باربیرو5و سرجی جولیا فار1

1ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (بارسلونا)، اسپانیا
2Institut für Quantenoptik und Quanteninformation، Österreichische Akademie der Wissenschaften، Technikerstraße 21a، 6020 Innsbruck، اتریش
3Institut für Experimentalphysik، Universität Innsbruck، Technikerstraße 25، 6020 Innsbruck، اتریش
4ICREA, Pg. Lluís Companys 23, 08010 Barcelona, ​​Spain
5موسسه فیزیک ماده متراکم و سیستم‌های پیچیده، DISAT، Politecnico di Torino، I-10129 تورینو، ایتالیا

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

پمپاژ Thouless یک مفهوم قدرتمند برای بررسی متغیرهای توپولوژیکی کوانتیزه شده در سیستم های کوانتومی است. ما این مکانیسم را در یک مدل رایس-مل فرمی-هابارد تعمیم یافته بررسی می کنیم که با حضور تعاملات رقابتی در محل و بین سایت مشخص می شود. بر خلاف نتایج تجربی و نظری اخیر، نشان دادن شکست پمپاژ کوانتیزه ناشی از دافعه در محل، ما ثابت می‌کنیم که فعل و انفعالات بین مکانی به اندازه کافی بزرگ امکان بازیابی ناشی از تعامل پمپ‌های Thouless را فراهم می‌کند. تجزیه و تحلیل ما بیشتر نشان می دهد که وقوع حمل و نقل توپولوژیکی پایدار در فعل و انفعالات بزرگ به حضور یک موج مرتبه پیوند خود به خود در نمودار فاز حالت پایه مدل مرتبط است. در نهایت، ما یک راه‌اندازی آزمایشی بتن بر اساس اتم‌های مغناطیسی فوق‌سرد در یک شبکه نوری را مورد بحث قرار می‌دهیم تا پمپ Thouless تازه معرفی‌شده را محقق کنیم. نتایج ما مکانیسم جدیدی برای تثبیت پمپ های Thouless در سیستم های کوانتومی در حال تعامل ارائه می دهد.

فازهای توپولوژیکی در سال‌های اخیر به دلیل ویژگی‌های جهانی قابل توجه خود، که در نهایت به وجود یک توپولوژیکی ثابت ثابت نسبت به عیوب محلی مرتبط است، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. در حالی که توپولوژی برای سیستم‌های ذرات غیر متقابل وجود دارد، انتظار می‌رود که افزودن برهم‌کنش‌های چند جسمی حتی منجر به پدیده‌های عجیب‌تر شود. در این زمینه، ما شواهد عددی از خواص توپولوژیکی ناشی از برهمکنش سیستم‌های فرمیونی یک بعدی ارائه می‌کنیم و یک تنظیم تجربی برای شبیه‌سازی کوانتومی مدل پیشنهاد می‌کنیم.

برای سیستم های شبکه یک بعدی، حضور یک متغیر توپولوژیکی جهانی خود را از طریق انتقال کوانتیزه شده ذرات در آزمایش های دینامیک چرخه ای نشان می دهد، پدیده ای که به عنوان پمپ Thouless شناخته می شود. در این کار، ما به صورت عددی این دینامیک حمل و نقل دوره‌ای را در زنجیره‌ای از فرمیون‌ها شبیه‌سازی می‌کنیم که هم در محل و هم دفع نزدیک‌ترین همسایه قرار دارند، تا مشخص کنیم که سیستم برای کدام مقادیر برهمکنش توپولوژیک است، یعنی مقدار صحیحی از ذرات را در هر چرخه منتقل می‌کند. از پویایی ما متوجه شدیم که علیرغم برهمکنش‌های درون‌جا و بین‌محلی، وقتی به تنهایی در نظر گرفته می‌شود، حمل‌ونقل کوانتیزه‌ای وجود ندارد، همانطور که در کارهای نظری و تجربی قبلی گزارش شده است، حضور همزمان این دو اصطلاح منجر به رژیم‌های عجیب و غریب می‌شود که در آن افزایش فعل و انفعالات منجر به بهبودی می‌شود. پمپ Thouless توپولوژیکی ما همچنین نشان می‌دهیم که اتم‌های مغناطیسی به دام افتاده در یک شبکه نوری، یک پلت فرم اولیه برای شبیه‌سازی کوانتومی این فیزیک را نشان می‌دهند.

این کار نشان می‌دهد که فعل و انفعالات فرمیونی دافعه اساساً برای پمپ‌های Thouless مضر نیستند، و امکان مشاهده تجربی بازیابی حمل و نقل توپولوژیکی یک بعدی ناشی از برهم‌کنش را باز می‌کند.

► داده های BibTeX

◄ مراجع

[1] K. v. Klitzing، G. Dorda، و M. Pepper، Phys. کشیش لِت 45, 494 (1980).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.45.494

[2] DJ Thouless، M. Kohmoto، MP Nightingale، و M. den Nijs، Phys. کشیش لِت 49, 405 (1982a).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.49.405

[3] MZ Hasan و CL Kane، Rev. Mod. فیزیک 82, 3045 (2010).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.82.3045

[4] C.-K. Chiu، JCY Teo، AP Schnyder، و S. Ryu، Rev. Mod. فیزیک 88, 035005 (2016).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.88.035005

[5] LD Landau، EM Lifshitz، و M. Pitaevskii، فیزیک آماری (Butterworth-Heinemann، نیویورک، 1999).

[6] KG Wilson and J. Kogut، Phys. Rep. 12, 75 (1974).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0370-1573(74)90023-4

[7] K. von Klitzing، Nat. فیزیک 13, 198 (2017).
https://doi.org/​10.1038/​nphys4029

[8] C. Nayak، SH Simon، A. Stern، M. Freedman، و S. Das Sarma، Rev. Mod. فیزیک 80, 1083 (2008).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.80.1083

[9] S. Rachel، Rep. Prog. فیزیک 81, 116501 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aad6a6

[10] دی جی تولس، فیزیک. Rev. B 27, 6083 (1983).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.27.6083

[11] Q. Niu and DJ Thouless, Journal of Physics A: Mathematical and General 17, 2453 (1984).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​17/​12/​016

[12] E. Berg, M. Levin, and E. Altman, Phys. کشیش لِت 106, 110405 (2011).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.106.110405

[13] S. Greschner, S. Mondal, and T. Mishra, Phys. Rev. A 101, 053630 (2020).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.101.053630

[14] A. Hayward, C. Schweizer, M. Lohse, M. Aidelsburger, and F. Heidrich-Meisner, Phys. Rev. B 98, 245148 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.245148

[15] S. Mondal, S. Greschner, L. Santos, and T. Mishra, Phys. Rev. A 104, 013315 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.104.013315

[16] L. Lin, Y. Ke, and C. Lee, Phys. Rev. A 101, 023620 (2020a).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.101.023620

[17] S. Mondal، A. Padan, and T. Mishra، Phys. Rev. B 106, L201106 (2022a).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.106.L201106

[18] Y. Kuno و Y. Hatsugai، فیزیک. Rev. Res. 2, 042024 (2020).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.042024

[19] A. Padhan، S. Mondal، S. Vishveshwara، و T. Mishra، "برهم کنش بوزون ها در نردبان Su-Schrieffer-Heeger: مراحل توپولوژیکی و پمپاژ Thouless"، (2023)، arXiv:2306.09325 [cond-mat.quant- گاز].
arXiv: 2306.09325

[20] M. Nakagawa, T. Yoshida, R. Peters, and N. Kawakami, Phys. Rev. B 98, 115147 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.115147

[21] E. Bertok، F. Heidrich-Meisner، و AA Aligia، Phys. Rev. B 106, 045141 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.106.045141

[22] S. Mondal، E. Bertok، و F. Heidrich-Meisner، Phys. Rev. B 106, 235118 (2022b).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.106.235118

[23] S. Mondal، E. Bertok، و F. Heidrich-Meisner، Phys. Rev. B 107, 239903 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.107.239903

[24] R. P. Feynman, Int. جی. تئور. فیزیک 21, 467 (1982).
https://doi.org/​10.1007/​bf02650179

[25] JI Cirac و P. Zoller، Nat. فیزیک 8, 264 (2012).
https://doi.org/​10.1038/​nphys2275

[26] IM Georgescu، S. Ashhab، و F. Nori، Rev. Mod. فیزیک 86, 153 (2014).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.153

[27] AJ Daley، I. Bloch، C. Kokail، S. Flannigan، N. Pearson، M. Troyer و P. Zoller، Nature 607، 667 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04940-6

[28] ای. آلتمن، کی آر براون، جی. کارلئو، ال دی کار، ای. دملر، سی. چین، بی. دیمارکو، اس ای اکونومو، ام.آ. اریکسون، کی.-ام سی فو، ام. گرینر، کی آر هازارد، آر جی هولت، ای جی کولار , BL Lev, MD Lukin, R. Ma, X. Mi, S. Misra, C. Monroe, K. Murch, Z. Nazario, K.-K. Ni، AC Potter، P. Roushan، M. Saffman، M. Schleier-Smith، I. Siddiqi، R. Simmonds، M. Singh، I. Spielman، K. Temme، DS Weiss، J. Vučković، V. Vuletić، J. Ye، و M. Zwierlein، PRX Quantum 2، 017003 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.017003

[29] NR Cooper، J. Dalibard، و IB Spielman، Rev. Mod. فیزیک 91, 015005 (2019).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.91.015005

[30] R. Citro and M. Aidelsburger, Nat. کشیش فیزیک. 5, 87 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-022-00545-0

[31] T. Ozawa، HM Price، A. Amo، N. Goldman، M. Hafezi، L. Lu، MC Rechtsman، D. Schuster، J. Simon، O. Zilberberg، و I. Carusotto، Rev. Mod. فیزیک 91, 015006 (2019).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.91.015006

[32] YE Kraus، Y. Lahini، Z. Ringel، M. Verbin، و O. Zilberberg، Phys. کشیش لِت 109, 106402 (2012).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.109.106402

[33] A. Cerjan، M. Wang، S. Huang، KP Chen، و MC Rechtsman، Light: Science & Applications 9، 178 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41377-020-00408-2

[34] M. Jürgensen, S. Mukherjee, and MC Rechtsman, Nature 596, 63 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03688-9

[35] M. Jürgensen, S. Mukherjee, C. Jörg, and MC Rechtsman, Nat. فیزیک 19, 420 (2023).
https://doi.org/​10.1038/​s41567-022-01871-x

[36] M. Lohse، C. Schweizer، O. Zilberberg، M. Aidelsburger، و I. Bloch، Nat. فیزیک 12, 350 (2016).
https://doi.org/​10.1038/​nphys3584

[37] S. Nakajima، T. Tomita، S. Taie، T. Ichinose، H. Ozawa، L. Wang، M. Troyer، و Y. Takahashi، Nat. فیزیک 12, 296 (2016).
https://doi.org/​10.1038/​nphys3622

[38] J. Minguzzi، Z. Zhu، K. Sandholzer، A.-S. والتر، K. Viebahn، و T. Esslinger، Phys. کشیش لِت 129, 053201 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.053201

[39] مانند. والتر، زی. فیزیک 19, 1471 (2023).
https://doi.org/​10.1038/​s41567-023-02145-w

[40] K. Viebahn، A.-S. والتر، ای. برتوک، ز. ژو، ام. گچتر، AA Aligia، F. Heidrich-Meisner، و T. Esslinger، "پمپاژ بار ناشی از تعامل در یک سیستم چند بدنه توپولوژیکی،" (2023)، arXiv:2308.03756 [cond-mat.quant-gas].
arXiv: 2308.03756

[41] M. Lewenstein, A. Sanpera, and V. Ahufinger, Ultracold Atoms in Optical Lattices: Simulating Quantum many-body systems, Vol. 54 (انتشارات دانشگاه آکسفورد، آکسفورد، 2012).
http://www.oxfordscholarship.com/​view/​10.1093/​acprof:oso/​9780199573127.001.0001/​acprof-9780199573127

[42] I. Bloch، J. Dalibard، و W. Zwerger، Rev. Mod. فیزیک 80, 885 (2008).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.80.885

[43] P. Sompet، S. Hirthe، D. Bourgund، T. Chalopin، J. Bibo، J. Koepsell، P. Bojović، R. Verresen، F. Pollmann، G. Salomon، C. Gross، TA Hilker، و I. بلوخ، طبیعت 606، 484 (2022).
https://doi.org/​10.1038/​s41586-022-04688-z

[44] J. Léonard, S. Kim, J. Kwan, P. Segura, F. Grusdt, C. Repellin, N. Goldman, and M. Greiner, Nature 619, 495 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06122-4

[45] S. Ejima و S. Nishimoto، Phys. کشیش لِت 99, 216403 (2007).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.99.216403

[46] T. Lahaye، C. Menotti، L. Santos، M. Lewenstein، و T. Pfau، Rep. Prog. فیزیک 72, 126401 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​72/​12/​126401

[47] L. Chomaz, I. Ferrier-Barbut, F. Ferlaino, B. Laburthe-Tolra, BL Lev, and T. Pfau, Reports on Progress in Physics 86, 026401 (2022).
https://doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aca814

[48] U. Scholwöck, Ann. فیزیک 326، 96 (2011).
https://doi.org/​10.1016/​j.aop.2010.09.012

[49] J. Hauschild و F. Pollmann، SciPost Phys. لکت. یادداشت ها، 5 (2018).
https://doi.org/​10.21468/​SciPostPhysLectNotes.5

[50] M. Nakamura، J. Phys. Soc. ژاپن 68، 3123 (1999).
https://doi.org/​10.1143/​JPSJ.68.3123

[51] ام. ناکامورا، فیزیک. Rev. B 61, 16377 (2000).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.61.16377

[52] E. Jeckelmann, Phys. کشیش لِت 89, 236401 (2002).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.89.236401

[53] P. Sengupta، AW Sandvik، و DK Campbell، Phys. Rev. B 65, 155113 (2002).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.65.155113

[54] AW Sandvik، L. Balents، و DK Campbell، Phys. کشیش لِت 92, 236401 (2004).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.92.236401

[55] YZ Zhang، فیزیک. کشیش لِت 92, 246404 (2004).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.92.246404

[56] K.-M. تام، اس.-دبلیو. تسای، و دی کی کمپبل، فیزیک. کشیش لِت 96, 036408 (2006).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.96.036408

[57] S. Glocke, A. Klümper, and J. Sirker, Phys. Rev. B 76, 155121 (2007).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.76.155121

[58] M. Di Dio، L. Barbiero، A. Recati، و M. Dalmonte، Phys. Rev. A 90, 063608 (2014).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.90.063608

[59] S. Julià-Farré، D. González-Cuadra، A. Patscheider، MJ Mark، F. Ferlaino، M. Lewenstein، L. Barbiero، و A. Dauphin، Phys. Rev. Res. 4, L032005 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.L032005

[60] ام جی رایس و ای جی مله، فیزیک. کشیش لِت 49، 1455 (1982).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.49.1455

[61] W. P. Su، J. R. Schrieffer و A. J. Heeger، Phys. کشیش لِت 42، 1698 (1979).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.42.1698

[62] S. Ryu، AP Schnyder، A. Furusaki، و AWW Ludwig، New J. Phys. 12, 065010 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​6/​065010

[63] SR Manmana، AM Essin، RM Noack، و V. Gurarie، Phys. Rev. B 86, 205119 (2012).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.86.205119

[64] V. Gurarie, Phys. Rev. B 83, 085426 (2011).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.83.085426

[65] T. Yoshida، R. Peters، S. Fujimoto، and N. Kawakami، Phys. کشیش لِت 112, 196404 (2014).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.112.196404

[66] D. Wang، S. Xu، Y. Wang، و C. Wu، Phys. Rev. B 91, 115118 (2015).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.91.115118

[67] B.-T. بله، L.-Z. مو، و اچ. فن، فیزیک. Rev. B 94, 165167 (2016).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.94.165167

[68] B. Sbierski and C. Karrasch, Phys. Rev. B 98, 165101 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.165101

[69] L. Barbiero، L. Santos و N. Goldman، Phys. Rev. B 97, 201115 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.97.201115

[70] NH Le، AJ Fisher، NJ Curson و E. Ginossar، npj Quantum Inf. 6، 24 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0253-9

[71] Y.-T. لین، DM Kennes، M. Pletyukhov، CS Weber، H. Schoeller، و V. Meden، Phys. Rev. B 102, 085122 (2020b).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.102.085122

[72] A. Montorsi، U. Bhattacharya، D. González-Cuadra، M. Lewenstein، G. Palumbo، و L. Barbiero، Phys. Rev. B 106, L241115 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.106.L241115

[73] DJ Thouless، M. Kohmoto، MP Nightingale، و M. den Nijs، Phys. کشیش لِت 49، 405 (1982b).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.49.405

[74] SR White, Phys. کشیش لِت 69، 2863 (1992).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.69.2863

[75] R. Orús and G. Vidal, Phys. Rev. B 78, 155117 (2008).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.78.155117

[76] JA Marks، M. Schüler، JC Budich، و TP Devereaux، Phys. Rev. B 103, 035112 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.103.035112

[77] K. Loida، J.-S. برنیر، آر. سیترو، ای. اوریگناک، و سی. کولاث، فیزیک. کشیش لِت 119, 230403 (2017).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.230403

[78] L. Barbiero, A. Montorsi, and M. Roncaglia, Phys. Rev. B 88, 035109 (2013).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.88.035109

[79] WS Bakr, JI Gillen, A. Peng, S. Fölling, and M. Greiner, Nature 462, 74 (2009).
https://doi.org/​10.1038/​nature08482

[80] M. Endres, M. Cheneau, T. Fukuhara, C. Weitenberg, P. Schauß, C. Gross, L. Mazza, MC Bañuls, L. Pollet, I. Bloch, and S. Kuhr, Science 334, 200 (2011) ).
https://doi.org/​10.1126/​science.1209284

[81] TA Hilker، G. Salomon، F. Grusdt، A. Omran، M. Boll، E. Demler، I. Bloch و C. Gross، Science 357، 484 (2017).
https://doi.org/​10.1126/​science.aam8990

[82] A. Patscheider، B. Zhu، L. Chomaz، D. Petter، S. Baier، A.-M. Rey، F. Ferlaino، و MJ Mark، Phys. Rev. Research 2, 023050 (2020).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.023050

[83] L. Su، A. Douglas، M. Szurek، R. Groth، SF Ozturk، A. Krahn، AH Hébert، GA Phelps، S. Ebadi، S. Dickerson، F. Ferlaino، O. Marković، و M. Greiner، Nature 622, 724 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06614-3

[84] S. Baier، D. Petter، JH Becher، A. Patscheider، G. Natale، L. Chomaz، MJ Mark، و F. Ferlaino، Phys. کشیش لِت 121, 093602 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.093602

[85] J. Fraxanet، D. González-Cuadra، T. Pfau، M. Lewenstein، T. Langen، و L. Barbiero، Phys. کشیش لِت 128, 043402 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.128.043402

[86] M. Sohmen، MJ Mark، M. Greiner، و F. Ferlaino، SciPost Phys. 15, 182 (2023).
https://doi.org/​10.21468/​SciPostPhys.15.5.182

[87] AD Lange، K. Pilch، A. Prantner، F. Ferlaino، B. Engeser، H.-C. Nägerl، R. Grimm، و C. Chin، فیزیک. Rev. A 79, 013622 (2009).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.79.013622

ذکر شده توسط

[1] Sergi Julià-Farré، Javier Argüello-Luengo، Loïc Henriet و Alexandre Dauphin، "پمپ های Thouless کوانتیزه شده توسط فعل و انفعالات در آرایه های موچین Rydberg dimerized محافظت می شوند". arXiv: 2402.09311, (2024).

[2] آشیرباد پادان و تاپان میشرا، "پمپ شارژ بی‌نظم در یک زنجیره شبه تناوبی"، arXiv: 2312.16568, (2023).

نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2024-03-16 01:49:46). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.

On سرویس استناد شده توسط Crossref هیچ داده ای در مورد استناد به آثار یافت نشد (آخرین تلاش 2024-03-16 01:49:45).

تمبر زمان:

بیشتر از مجله کوانتومی