Stabilisasi pompa Hubbard-Thouless melalui tolakan fermionik nonlokal

Stabilisasi pompa Hubbard-Thouless melalui tolakan fermionik nonlokal

Javier Argüello-Luengo1, Manfred J.Mark2,3, Francesca Ferlaino2,3, Maciej Lewenstein1,4, Luca Barbiero5, dan Sergi Julià-Farré1

1ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, Institut Sains dan Teknologi Barcelona, ​​Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spanyol
2Institut für Quantenoptik dan Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria
3Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria
4ICREA, hal. Lluís Companys 23, 08010 Barcelona, ​​​​Spanyol
5Institut Fisika Benda Terkondensasi dan Sistem Kompleks, DISAT, Politecnico di Torino, I-10129 Torino, Italia

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Pemompaan tanpa batas mewakili konsep yang kuat untuk menyelidiki invarian topologi terkuantisasi dalam sistem kuantum. Kami mengeksplorasi mekanisme ini dalam model umum Rice-Mele Fermi-Hubbard yang ditandai dengan adanya persaingan interaksi di lokasi dan antar lokasi. Bertentangan dengan hasil eksperimental dan teoritis baru-baru ini, yang menunjukkan rincian pemompaan terkuantisasi yang disebabkan oleh tolakan di lokasi, kami membuktikan bahwa interaksi antar lokasi yang cukup besar memungkinkan pemulihan pompa Thouless yang dipicu oleh interaksi. Analisis kami lebih lanjut mengungkapkan bahwa terjadinya transpor topologi yang stabil pada interaksi besar terhubung dengan keberadaan gelombang tatanan ikatan spontan dalam diagram fase keadaan dasar model. Terakhir, kami membahas pengaturan eksperimental konkret berdasarkan atom magnetik ultradingin dalam kisi optik untuk mewujudkan pompa Thouless yang baru diperkenalkan. Hasil kami memberikan mekanisme baru untuk menstabilkan pompa Thouless dalam interaksi sistem kuantum.

Fase topologi telah menarik perhatian besar dalam beberapa tahun terakhir karena sifat globalnya yang mencolok, yang pada akhirnya terkait dengan keberadaan invarian topologi yang kuat terhadap ketidaksempurnaan lokal. Meskipun topologi tersedia untuk sistem partikel yang tidak berinteraksi, penambahan interaksi banyak benda diperkirakan akan menyebabkan fenomena yang lebih eksotik. Dalam konteks ini, kami memberikan bukti numerik dari sifat topologi yang diinduksi interaksi dari sistem fermionik satu dimensi, dan mengusulkan pengaturan eksperimental untuk mensimulasikan model kuantum.

Untuk sistem kisi satu dimensi, kehadiran invarian topologi global memanifestasikan dirinya melalui transpor partikel terkuantisasi dalam eksperimen dinamika siklik, sebuah fenomena yang dikenal sebagai pompa Thouless. Dalam karya ini, kami mensimulasikan secara numerik dinamika transpor periodik ini dalam rantai fermion yang mengalami tolakan di lokasi dan tetangga terdekat, untuk mengidentifikasi nilai interaksi mana yang topologi sistemnya, yaitu, ia mengangkut sejumlah partikel bilangan bulat pada setiap siklus. dari dinamika tersebut. Kami menemukan bahwa, meskipun interaksi di lokasi dan antar lokasi mengakibatkan tidak adanya transportasi terkuantisasi ketika dianggap terpisah, seperti yang dilaporkan dalam karya teoretis dan eksperimental sebelumnya, kehadiran kedua istilah ini secara bersamaan mengarah pada rezim eksotik di mana peningkatan interaksi mengarah pada pemulihan transportasi. pompa tholess topologi. Kami juga menunjukkan bahwa atom magnetik yang terperangkap dalam kisi optik mewakili platform utama untuk simulasi kuantum fisika ini.

Karya ini menunjukkan bahwa interaksi fermionik yang menjijikkan pada dasarnya tidak merugikan pompa Thouless, membuka kemungkinan untuk secara eksperimental mengamati pemulihan transportasi topologi satu dimensi yang dipicu oleh interaksi.

► data BibTeX

► Referensi

[1] K. v. Klitzing, G. Dorda, dan M. Pepper, Phys. Pdt. Lett. 45, 494 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.45.494

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

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

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

[5] LD Landau, EM Lifshitz, dan M. Pitaevskii, Fisika Statistik (Butterworth-Heinemann, New York, 1999).

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

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

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

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

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

[11] Q.Niu dan DJ Thouless, Jurnal Fisika A: Matematika dan Umum 17, 2453 (1984).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​17/​12/​016

[12] E. Berg, M. Levin, dan E. Altman, Phys. Pendeta Lett. 106, 110405 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110405

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

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

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

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

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

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

[19] A. Padhan, S. Mondal, S. Vishveshwara, dan T. Mishra, “Berinteraksi boson pada tangga Su-Schrieffer-Heeger: Fase topologi dan pemompaan Thouless,” (2023), arXiv:2306.09325 [cond-mat.quant- gas].
arXiv: 2306.09325

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

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

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

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

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

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

[26] IM Georgescu, S. Ashhab, dan 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, dan P. Zoller, Alam 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, dan M. Zwierlein, PRX Quantum 2, 017003 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.017003

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

[30] R. Citro dan M. Aidelsburger, Nat. Pdt. Fisika. 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, dan I. Carusotto, Rev. Mod. fisik. 91, 015006 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.91.015006

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

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

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

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

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

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

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

[39] SEBAGAI. Walter, Z. Zhu, M. Gächter, J. Minguzzi, S. Roschinski, K. Sandholzer, K. Viebahn, dan T. Esslinger, Nat. Fis. 19 Agustus 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, dan T. Esslinger, “Pemompaan muatan yang diinduksi interaksi dalam sistem banyak benda topologi,” (2023), arXiv:2308.03756 [cond-mat.quant-gas].
arXiv: 2308.03756

[41] M. Lewenstein, A. Sanpera, dan V. Ahufinger, Atom Ultradingin dalam Kisi Optik: Mensimulasikan sistem banyak benda Quantum, 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, dan W. Zwerger, Rev. Mod. fisik. 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, dan I. Bloch, Alam 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, dan M. Greiner, Alam 619, 495 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06122-4

[45] S. Ejima dan S. Nishimoto, Fis. Pendeta Lett. 99, 216403 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.216403

[46] T. Lahaye, C. Menotti, L. Santos, M. Lewenstein, dan T. Pfau, Rep. Prog. Fis. 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, dan T. Pfau, Laporan Kemajuan Fisika 86, 026401 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aca814

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

[49] J. Hauschild dan F. Pollmann, SciPost Phys. lek. Catatan, 5 (2018).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysLectNotes.5

[50] M. Nakamura, J. Fisika. sosial. Jepang 68, 3123 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.68.3123

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[62] S. Ryu, AP Schnyder, A. Furusaki, dan 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, dan V. Gurarie, Phys. Pdt. B 86, 205119 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.86.205119

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

[65] T. Yoshida, R. Peters, S. Fujimoto, dan N. Kawakami, Phys. Pendeta Lett. 112, 196404 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.196404

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

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

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

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

[70] NH Le, AJ Fisher, NJ Curson, dan 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, dan V. Meden, Phys. Pdt. B 102, 085122 (2020b).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.102.085122

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

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

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

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

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

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

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

[79] WS Bakr, JI Gillen, A. Peng, S. Fölling, dan M. Greiner, Alam 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, dan S. Kuhr, Sains 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, dan C. Gross, Sains 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, dan MJ Mark, Phys. Pdt Penelitian 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, dan M. Greiner, Alam 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, dan F. Ferlaino, Phys. Pendeta Lett. 121, 093602 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.093602

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

[86] M. Sohmen, MJ Mark, M. Greiner, dan 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, dan C. Chin, Phys. Pdt.A 79, 013622 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.013622

Dikutip oleh

[1] Sergi Julià-Farré, Javier Argüello-Luengo, Loïc Henriet, dan Alexandre Dauphin, “Pompa Thouless terkuantisasi yang dilindungi oleh interaksi dalam susunan penjepit Rydberg yang dimerisasi”, arXiv: 2402.09311, (2024).

[2] Ashirbad Padhan dan Tapan Mishra, “Pompa muatan Thouless yang digerakkan oleh gangguan dalam rantai kuasiperiodik”, arXiv: 2312.16568, (2023).

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2024-03-16 01:49:46). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2024-03-16 01:49:45).

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum