A Hubbard-Thouless szivattyúk stabilizálása nem helyi fermionos taszítás révén

A Hubbard-Thouless szivattyúk stabilizálása nem helyi fermionos taszítás révén

Javier Argüello-Luengo1, Manfred J. Mark2,3, Francesca Ferlaino2,3, Maciej Lewenstein1,4, Luca Barbiero5és Sergi Julià-Farré1

1ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona Tudományos és Technológiai Intézet, Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spanyolország
2Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Ausztria
3Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Ausztria
4ICREA, Pg. Lluís Companys 23, 08010 Barcelona, ​​Spanyolország
5Kondenzált Anyagfizikai és Komplex Rendszerek Intézete, DISAT, Politecnico di Torino, I-10129 Torino, Olaszország

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

Az ezertelen szivattyúzás hatékony koncepciót képvisel a kvantumrendszerek kvantált topológiai invariánsainak vizsgálatára. Ezt a mechanizmust egy általánosított Rice-Mele Fermi-Hubbard modellben vizsgáljuk, amelyet a versengő helyszíni és telephelyek közötti interakciók jelenléte jellemez. Ellentétben a legújabb kísérleti és elméleti eredményekkel, amelyek a helyszíni taszítás által kiváltott kvantált szivattyúzás meghibásodását mutatják be, bebizonyítottuk, hogy a kellően nagy telephelyek közötti kölcsönhatások lehetővé teszik a Thouless szivattyúk kölcsönhatás által kiváltott helyreállítását. Elemzésünk azt is feltárja, hogy a stabil topológiai transzport nagy kölcsönhatások esetén egy spontán kötés-rend-hullám jelenlétével függ össze a modell alapállapot-fázisdiagramjában. Végül egy konkrét kísérleti elrendezést tárgyalunk, amely ultrahideg mágneses atomokon alapul egy optikai rácsban az újonnan bemutatott Thouless szivattyú megvalósításához. Eredményeink egy új mechanizmust biztosítanak a Thouless szivattyúk stabilizálására kölcsönhatásban lévő kvantumrendszerekben.

A topológiai fázisok nagy érdeklődést váltottak ki az elmúlt években feltűnő globális tulajdonságaik miatt, amelyek végső soron a lokális tökéletlenségekkel szemben robusztus topológiai invariáns jelenlétéhez kapcsolódnak. Míg a topológia létezik a nem kölcsönható részecskékből álló rendszerekre, a sok test kölcsönhatásának hozzáadása várhatóan még egzotikusabb jelenségekhez vezet. Ebben az összefüggésben számszerű bizonyítékot adunk az egydimenziós fermionos rendszerek kölcsönhatás által kiváltott topológiai tulajdonságaira, és kísérleti elrendezést javasolunk a modell kvantumszimulálására.

Az egydimenziós rácsrendszereknél a globális topológiai invariáns jelenléte a részecskék kvantált transzportján keresztül nyilvánul meg ciklikus dinamikai kísérletekben, ez a jelenség Thouless pump néven ismert. Ebben a munkában numerikusan szimuláljuk ezeket a periodikus transzportdinamikákat egy olyan fermionláncban, amely mind a helyszíni, mind a legközelebbi szomszéd taszításnak van kitéve, hogy azonosítsuk, mely kölcsönhatásértékek esetében topologikus a rendszer, azaz minden ciklusban egész számú részecskét szállít. a dinamikáról. Azt találtuk, hogy annak ellenére, hogy a helyszíni és telephelyek közötti kölcsönhatások önmagában véve a kvantált transzport hiányát eredményezik, amint arról korábbi elméleti és kísérleti munkák is beszámoltak, e két kifejezés egyidejű jelenléte egzotikus rezsimekhez vezet, amelyekben a növekvő kölcsönhatások a topológiai Thouless pump. Azt is megmutatjuk, hogy az optikai rácsba zárt mágneses atomok elsődleges platformot jelentenek e fizika kvantumszimulálására.

Ez a munka azt mutatja, hogy a taszító fermionos kölcsönhatások alapvetően nem károsak a Thouless szivattyúkra, ami lehetőséget ad az egydimenziós topológiai transzport kölcsönhatás által kiváltott helyreállításának kísérleti megfigyelésére.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] K. kontra Klitzing, G. Dorda és M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.45.494

[2] DJ Thouless, M. Kohmoto, Nightingale képviselő és M. den Nijs, Phys. Rev. Lett. 49, 405 (1982a).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.49.405

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

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

[5] LD Landau, EM Lifshitz és M. Pitaevskii, Statisztikai fizika (Butterworth-Heinemann, New York, 1999).

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

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

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

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

[10] DJ Thouless, Phys. Rev. B 27, 6083 (1983).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.27.6083

[11] Q. Niu és 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 és E. Altman, Phys. Rev. Lett. 106, 110405 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.106.110405

[13] S. Greschner, S. Mondal és 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 és F. Heidrich-Meisner, Phys. Rev. B 98, 245148 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.245148

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

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

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

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

[19] A. Padhan, S. Mondal, S. Vishveshwara és T. Mishra, „Interacting bozons on a Su-Schrieffer-Heeger ladder: Topological phases and Thouless pumping”, (2023), arXiv:2306.09325 [cond-mat.quant- gáz].
arXiv: 2306.09325

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

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

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

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

[24] RP Feynman, Int. J. Theor. Phys. 21, 467 (1982)].
https://​/​doi.org/​10.1007/​bf02650179

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

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

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

[28] E. Altman, KR Brown, G. Carleo, LD Carr, E. Demler, C. Chin, B. DeMarco, SE Economou, MA Eriksson, K.-MC Fu, M. Greiner, KR Hazzard, RG Hulet, AJ Kollár , 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 és M. Zwierlein, PRX Quantum 2, 017003 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.017003

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

[30] R. Citro és M. Aidelsburger, Nat. Rev. Phys. 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 és I. Carusotto, Rev. Mod. Phys. 91, 015006 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.91.015006

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

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

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

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

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

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

[38] J. Minguzzi, Z. Zhu, K. Sandholzer, A.-S. Walter, K. Viebahn és T. Esslinger, Phys. Rev. Lett. 129, 053201 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.053201

[39] MINT. Walter, Z. Zhu, M. Gächter, J. Minguzzi, S. Roschinski, K. Sandholzer, K. Viebahn és T. Esslinger, Nat. Phys. 19, 1471 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s41567-023-02145-w

[40] K. Viebahn, A.-S. Walter, E. Bertok, Z. Zhu, M. Gächter, AA Aligia, F. Heidrich-Meisner és T. Esslinger, „Interaction-induced charge pumping in a topological many-body system”, (2023), arXiv:2308.03756 [cond-mat.quant-gas].
arXiv: 2308.03756

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

[42] I. Bloch, J. Dalibard és W. Zwerger, Rev. Mod. Phys. 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 és I. Bloch, Nature 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 és M. Greiner, Nature 619, 495 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06122-4

[45] S. Ejima és S. Nishimoto, Phys. Rev. Lett. 99, 216403 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.99.216403

[46] T. Lahaye, C. Menotti, L. Santos, M. Lewenstein és T. Pfau, Rep. Prog. Phys. 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 és T. Pfau, Reports on Progress in Physics 86, 026401 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aca814

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

[49] J. Hauschild és F. Pollmann, SciPost Phys. lect. Jegyzetek , 5 (2018).
https://​/​doi.org/​10.21468/​SciPostPhysLectNotes.5

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

[51] M. Nakamura, Phys. Rev. B 61, 16377 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.61.16377

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

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

[54] AW Sandvik, L. Balents és DK Campbell, Phys. Rev. Lett. 92, 236401 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.92.236401

[55] YZ Zhang, Phys. Rev. Lett. 92, 246404 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.92.246404

[56] K.-M. Tam, S.-W. Tsai és DK Campbell, Phys. Rev. Lett. 96, 036408 (2006).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.96.036408

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

[58] M. Di Dio, L. Barbiero, A. Recati és 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 és A. Dauphin, Phys. Rev. Res. 4, L032005 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.L032005

[60] MJ Rice és EJ Mele, Phys. Rev. Lett. 49, 1455 (1982)].
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.49.1455

[61] WP Su, JR Schrieffer és AJ Heeger, Phys. Rev. Lett. 42, 1698 (1979).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.42.1698

[62] S. Ryu, AP Schnyder, A. Furusaki és 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 és 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 és N. Kawakami, Phys. Rev. Lett. 112, 196404 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.112.196404

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

[67] B.-T. Igen, L.-Z. Mu és H. Fan, Phys. Rev. B 94, 165167 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.94.165167

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

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

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

[71] Y.-T. Lin, DM Kennes, M. Pletyukhov, CS Weber, H. Schoeller és 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 és L. Barbiero, Phys. Rev. B 106, L241115 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.106.L241115

[73] DJ Thouless, M. Kohmoto, Nightingale képviselő és M. den Nijs, Phys. Rev. Lett. 49, 405 (1982b).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.49.405

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

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

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

[77] K. Loida, J.-S. Bernier, R. Citro, E. Orignac és C. Kollath, Phys. Rev. Lett. 119, 230403 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.230403

[78] L. Barbiero, A. Montorsi és 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 és 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 és 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 és 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 és 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 és 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 és F. Ferlaino, Phys. Rev. Lett. 121, 093602 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.093602

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

[86] M. Sohmen, M. J. Mark, M. Greiner és 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 és C. Chin, Phys. Rev. A 79, 013622 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.79.013622

Idézi

[1] Sergi Julià-Farré, Javier Argüello-Luengo, Loïc Henriet és Alexandre Dauphin, „Kvantizált ezer szivattyúk, amelyeket kölcsönhatások védenek dimerizált Rydberg csipesztömbökben”, arXiv: 2402.09311, (2024).

[2] Ashirbad Padhan és Tapan Mishra, „Disorder driven Thouless charge pump in a kváziperiodikus lánc”, arXiv: 2312.16568, (2023).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2024-03-16 01:49:46). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2024-03-16 01:49:45).

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal