Stabilisatie van Hubbard-Thouless-pompen door niet-lokale fermionische afstoting

Stabilisatie van Hubbard-Thouless-pompen door niet-lokale fermionische afstoting

Tijdstempel: 14 maart 2024 9:43 uur

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

1ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spanje
2Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Oostenrijk
3Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Oostenrijk
4ICREA, pag. Lluís Companys 23, 08010 Barcelona, ​​Spanje
5Instituut voor fysica van gecondenseerde materie en complexe systemen, DISAT, Politecnico di Torino, I-10129 Turijn, Italië

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Thouless Pumping vertegenwoordigt een krachtig concept om gekwantiseerde topologische invarianten in kwantumsystemen te onderzoeken. We onderzoeken dit mechanisme in een gegeneraliseerd Rice-Mele Fermi-Hubbard-model dat wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van concurrerende onsite en intersite-interacties. In tegenstelling tot recente experimentele en theoretische resultaten, die een afbraak van het gekwantiseerde pompen laten zien, veroorzaakt door de afstoting ter plaatse, bewijzen we dat voldoende grote intersite-interacties een door interactie geïnduceerd herstel van Thouless-pompen mogelijk maken. Onze analyse laat verder zien dat het optreden van stabiel topologisch transport bij grote interacties verband houdt met de aanwezigheid van een spontane bindingsordegolf in het grondtoestandfasediagram van het model. Tenslotte bespreken we een concrete experimentele opstelling gebaseerd op ultrakoude magnetische atomen in een optisch rooster om de nieuw geïntroduceerde Thouless-pomp te realiseren. Onze resultaten bieden een nieuw mechanisme om Thouless-pompen in op elkaar inwerkende kwantumsystemen te stabiliseren.

Stabilisatie van Hubbard-Thouless-pompen door niet-lokale fermionische afstoting PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Uitgelichte afbeelding: Schets van de adiabatische transporteigenschappen in het interactievlak van de fermionische keten die in dit werk wordt beschouwd. Stabiel gekwantiseerd topologisch transport kan worden waargenomen bij grote $U$- en intersite $V$-intersites als gevolg van concurrerende effecten.

Populaire samenvatting

Topologische fasen hebben de afgelopen jaren grote belangstelling getrokken vanwege hun opvallende mondiale eigenschappen, die uiteindelijk verband houden met de aanwezigheid van een topologische invariant die robuust is tegen lokale imperfecties. Hoewel er een topologie bestaat voor systemen van niet-interagerende deeltjes, wordt verwacht dat de toevoeging van interacties met veel lichamen tot nog exotischere verschijnselen zal leiden. In deze context leveren we numeriek bewijs van interactie-geïnduceerde topologische eigenschappen van eendimensionale fermionische systemen, en stellen we een experimentele opstelling voor om het model kwantum te simuleren.

Voor eendimensionale roostersystemen manifesteert de aanwezigheid van een mondiale topologische invariant zich door het gekwantiseerde transport van deeltjes in cyclische dynamica-experimenten, een fenomeen dat bekend staat als de Thouless-pomp. In dit werk simuleren we deze periodieke transportdynamiek numeriek in een keten van fermionen die onderhevig zijn aan zowel afstoting ter plaatse als van de dichtstbijzijnde buur, om te identificeren voor welke waarden van interacties het systeem topologisch is, dat wil zeggen dat het tijdens elke cyclus een geheel aantal deeltjes transporteert. van de dynamiek. We vinden dat, ondanks dat on-site en intersite-interacties resulteren in de afwezigheid van gekwantiseerd transport wanneer ze op zichzelf worden beschouwd, zoals gerapporteerd in eerdere theoretische en experimentele werken, de gelijktijdige aanwezigheid van deze twee termen leidt tot exotische regimes waarin toenemende interacties leiden tot een herstel van de topologische Thouless-pomp. We laten ook zien dat magnetische atomen gevangen in een optisch rooster een uitstekend platform vormen voor kwantumsimulatie van deze fysica.

Dit werk laat zien dat afstotende fermionische interacties niet fundamenteel schadelijk zijn voor Thouless-pompen, wat de mogelijkheid opent om experimenteel een interactie-geïnduceerd herstel van eendimensionaal topologisch transport te observeren.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

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

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

[3] MZ Hasan en CL Kane, ds. Mod. Fys. 82, 3045 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.3045

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

[5] LD Landau, EM Lifshitz en M. Pitaevskii, Statistische Fysica (Butterworth-Heinemann, New York, 1999).

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

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

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

[9] S. Rachel, vertegenwoordiger Prog. Fys. 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 en 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 en E. Altman, Phys. Ds. Lett. 106, 110405 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110405

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

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

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

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

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

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

[19] A. Padhan, S. Mondal, S. Vishveshwara en T. Mishra, “Interacterende bosonen op een Su-Schrieffer-Heeger-ladder: topologische fasen en Thouless pompen,” (2023), arXiv:2306.09325 [cond-mat.quant- gas].
arXiv: 2306.09325

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[39] ALS. Walter, Z. Zhu, M. Gächter, J. Minguzzi, S. Roschinski, K. Sandholzer, K. Viebahn en T. Esslinger, Nat. Fys. 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 en T. Esslinger, "Interactie-geïnduceerde ladingspompen in een topologisch veel-deeltjessysteem", (2023), arXiv:2308.03756 [cond-mat.quant-gas].
arXiv: 2308.03756

[41] M. Lewenstein, A. Sanpera en V. Ahufinger, Ultracold Atoms in Optical Lattices: Simuleren van Quantum veel-lichaamssystemen, 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 en W. Zwerger, ds. Mod. Fys. 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 en I. Bloch, Natuur 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 en M. Greiner, Nature 619, 495 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06122-4

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

[46] T. Lahaye, C. Menotti, L. Santos, M. Lewenstein en T. Pfau, vertegenwoordiger Prog. Fys. 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 en T. Pfau, Rapporten over vooruitgang in de natuurkunde 86, 026401 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aca814

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

[49] J. Hauschild en F. Pollmann, SciPost Phys. Lezing. Opmerkingen, 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. B 61, 16377 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.61.16377

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

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

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

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

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

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

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

[60] MJ Rijst en EJ Mele, Phys. Ds. Lett. 49, 1455 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.49.1455

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[79] WS Bakr, JI Gillen, A. Peng, S. Fölling en 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 en 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 en 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 en MJ Mark, Phys. Rev. Onderzoek 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 en M. Greiner, Natuur 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 en F. Ferlaino, Phys. Ds. Lett. 121, 093602 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.093602

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

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

Geciteerd door

[1] Sergi Julià-Farré, Javier Argüello-Luengo, Loïc Henriet en Alexandre Dauphin, "Gekwantiseerde Thouless-pompen beschermd door interacties in gedimeriseerde Rydberg-pincetarrays", arXiv: 2402.09311, (2024).

[2] Ashirbad Padhan en Tapan Mishra, “Door wanorde aangedreven Thouless-ladingspomp in een quasiperiodieke keten”, arXiv: 2312.16568, (2023).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2024-03-16 01:49:46). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2024-03-16 01:49:45).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal