Stabilisation des pompes Hubbard-Thouless par répulsion fermionique non locale

Stabilisation des pompes Hubbard-Thouless par répulsion fermionique non locale

Javier Argüello-Luengo1, Manfred J. Mark2,3, Francesca Ferlaino2,3, Maciej Lewenstein1,4, Luca Barbiero5et la Sergi Julià-Farré1

1ICFO - Institut de Ciences Fotoniques, Institut des Sciences et Technologies de Barcelone, Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (Barcelone), Espagne
2Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Autriche
3Institut de physique expérimentale, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Autriche
4ICREA, p. Lluís Companys 23, 08010 Barcelone, Espagne
5Institut de physique de la matière condensée et des systèmes complexes, DISAT, Politecnico di Torino, I-10129 Turin, Italie

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Abstract

Le pompage sans réflexion représente un concept puissant pour sonder les invariants topologiques quantifiés dans les systèmes quantiques. Nous explorons ce mécanisme dans un modèle généralisé de Rice-Mele Fermi-Hubbard caractérisé par la présence d'interactions concurrentes sur site et intersite. Contrairement aux résultats expérimentaux et théoriques récents, montrant une rupture du pompage quantifié induit par la répulsion sur site, nous prouvons que des interactions intersites suffisamment importantes permettent une récupération induite par l'interaction des pompes Thouless. Notre analyse révèle en outre que l'apparition d'un transport topologique stable lors de grandes interactions est liée à la présence d'une onde d'ordre de liaison spontanée dans le diagramme de phase de l'état fondamental du modèle. Enfin, nous discutons d'une configuration expérimentale concrète basée sur des atomes magnétiques ultra-froids dans un réseau optique pour réaliser la nouvelle pompe Thouless. Nos résultats fournissent un nouveau mécanisme pour stabiliser les pompes Thouless dans les systèmes quantiques en interaction.

Les phases topologiques ont suscité un grand intérêt ces dernières années en raison de leurs propriétés globales frappantes, liées en fin de compte à la présence d'un invariant topologique robuste aux imperfections locales. Bien qu'il existe une topologie pour les systèmes de particules sans interaction, l'ajout d'interactions à plusieurs corps devrait conduire à des phénomènes encore plus exotiques. Dans ce contexte, nous fournissons des preuves numériques des propriétés topologiques induites par l'interaction des systèmes fermioniques unidimensionnels et proposons une configuration expérimentale pour simuler quantiquement le modèle.

Pour les systèmes de réseau unidimensionnels, la présence d'un invariant topologique global se manifeste par le transport quantifié de particules dans des expériences de dynamique cyclique, un phénomène connu sous le nom de pompe Thouless. Dans ce travail, nous simulons numériquement ces dynamiques de transport périodiques dans une chaîne de fermions soumises à la fois à la répulsion sur place et au voisin le plus proche, afin d'identifier pour quelles valeurs d'interactions le système est topologique, c'est-à-dire qu'il transporte une quantité entière de particules à chaque cycle. de la dynamique. Nous constatons que, bien que les interactions sur site et inter-sites entraînent l'absence de transport quantifié lorsqu'elles sont considérées seules, comme indiqué dans des travaux théoriques et expérimentaux antérieurs, la présence simultanée de ces deux termes conduit à des régimes exotiques dans lesquels des interactions croissantes conduisent à une récupération du Pompe topologique Thouless. Nous montrons également que les atomes magnétiques piégés dans un réseau optique représentent une plate-forme privilégiée pour simuler cette physique de manière quantique.

Ce travail montre que les interactions fermioniques répulsives ne sont pas fondamentalement préjudiciables aux pompes Thouless, ouvrant la possibilité d'observer expérimentalement une récupération induite par l'interaction du transport topologique unidimensionnel.

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Cité par

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