Stabilizarea pompelor Hubbard-Thouless prin repulsie fermionică nelocală

Stabilizarea pompelor Hubbard-Thouless prin repulsie fermionică nelocală

Marca temporală: 14 martie 2024 9:43 AM

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

1ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, Institutul de Știință și Tehnologie din Barcelona, ​​Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spania
2Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Austria
3Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria
4ICREA, pag. Lluís Companys 23, 08010 Barcelona, ​​Spania
5Institutul pentru Fizica Materiei Condensate și Sisteme Complexe, DISAT, Politecnico di Torino, I-10129 Torino, Italia

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Pomparea neîntreruptă reprezintă un concept puternic pentru a sonda invarianții topologici cuantificați în sistemele cuantice. Explorăm acest mecanism într-un model generalizat Rice-Mele Fermi-Hubbard caracterizat prin prezența interacțiunilor concurente la fața locului și intersite. Spre deosebire de rezultatele experimentale și teoretice recente, care arată o defalcare a pomparii cuantificate indusă de repulsia la fața locului, demonstrăm că interacțiunile intersite suficient de mari permit o recuperare indusă de interacțiune a pompelor Thouless. Analiza noastră dezvăluie în continuare că apariția transportului topologic stabil la interacțiuni mari este legată de prezența unei unde spontane de ordine de legătură în diagrama de fază a stării fundamentale a modelului. În cele din urmă, discutăm despre o configurație experimentală concretă bazată pe atomi magnetici ultrareci într-o rețea optică pentru a realiza pompa Thouless recent introdusă. Rezultatele noastre oferă un nou mecanism de stabilizare a pompelor Thouless în sisteme cuantice care interacționează.

Stabilizarea pompelor Hubbard-Thouless prin repulsie fermionică nelocală PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

Imagine prezentată: Schiță a proprietăților de transport adiabatic în planul de interacțiune al lanțului fermionic considerat în această lucrare. Transportul topologic cuantificat stabil poate fi observat la interacțiuni mari $U$ și intersite $V$ datorită efectelor concurente.

Rezumat popular

Fazele topologice au atras un mare interes în ultimii ani datorită proprietăților lor globale izbitoare, legate în cele din urmă de prezența unui invariant topologic robust la imperfecțiunile locale. În timp ce topologia există pentru sistemele de particule care nu interacționează, adăugarea de interacțiuni cu mai multe corpuri este de așteptat să conducă la fenomene și mai exotice. În acest context, oferim dovezi numerice ale proprietăților topologice induse de interacțiune ale sistemelor fermionice unidimensionale și propunem o configurație experimentală pentru simularea cuantică a modelului.

Pentru sistemele de rețea unidimensionale, prezența unui invariant topologic global se manifestă prin transportul cuantificat al particulelor în experimentele de dinamică ciclică, un fenomen cunoscut sub numele de pompă Thouless. În această lucrare, simulăm numeric această dinamică de transport periodic într-un lanț de fermioni supus atât respingerii la fața locului, cât și a celui mai apropiat vecin, pentru a identifica pentru ce valori ale interacțiunilor sistemul este topologic, adică transportă o cantitate întreagă de particule pe fiecare ciclu. a dinamicii. Constatăm că, în ciuda interacțiunilor la fața locului și intersite-ului duc la absența transportului cuantificat atunci când sunt luate în considerare singur, așa cum s-a raportat în lucrările teoretice și experimentale anterioare, prezența simultană a acestor doi termeni duce la regimuri exotice în care interacțiunile crescânde conduc la o recuperare a pompă topologică Thouless. De asemenea, arătăm că atomii magnetici prinși într-o rețea optică reprezintă o platformă principală pentru simularea cuantică a acestor fizice.

Această lucrare arată că interacțiunile fermionice repulsive nu sunt în mod fundamental dăunătoare pompelor Thouless, deschizând posibilitatea de a observa experimental o recuperare indusă de interacțiune a transportului topologic unidimensional.

► Date BibTeX

► Referințe

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

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

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

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

[5] LD Landau, EM Lifshitz și M. Pitaevskii, Statistical Physics (Butterworth-Heinemann, New York, 1999).

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

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

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

[9] S. Rachel, Rep. Prog. Fiz. 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 și 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 și E. Altman, Phys. Rev. Lett. 106, 110405 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110405

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[27] AJ Daley, I. Bloch, C. Kokail, S. Flannigan, N. Pearson, M. Troyer și 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 și M. Zwierlein, PRX Quantum 2, 017003 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.017003

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

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

[32] YE Kraus, Y. Lahini, Z. Ringel, M. Verbin și 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 și MC Rechtsman, Light: Science & Applications 9, 178 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41377-020-00408-2

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

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

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

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

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

[39] LA FEL DE. Walter, Z. Zhu, M. Gächter, J. Minguzzi, S. Roschinski, K. Sandholzer, K. Viebahn și T. Esslinger, Nat. Fiz. 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 și T. Esslinger, „Pomparea de sarcină indusă de interacțiune într-un sistem topologic cu multe corpuri”, (2023), arXiv:2308.03756 [cond-mat.quant-gaz].
arXiv: 2308.03756

[41] M. Lewenstein, A. Sanpera și V. Ahufinger, Ultracold Atoms in Optical Lattices: Simulating Quantum many-body systems, voi. 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 și W. Zwerger, Rev. Mod. Fiz. 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 și 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 și M. Greiner, Nature 619, 495 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06122-4

[45] S. Ejima și 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 și T. Pfau, Rep. Prog. Fiz. 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 și T. Pfau, Rapoarte despre progresul în fizică 86, 026401 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aca814

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

[49] J. Hauschild și F. Pollmann, SciPost Phys. Lect. Note , 5 (2018).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysLectNotes.5

[50] M. Nakamura, J. Phys. Soc. Japonia 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 și DK Campbell, Phys. Rev. B 65, 155113 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.65.155113

[54] AW Sandvik, L. Balents și 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 și DK Campbell, Phys. Rev. Lett. 96, 036408 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.96.036408

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[73] DJ Thouless, M. Kohmoto, MP Nightingale și 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 și G. Vidal, Phys. Rev. B 78, 155117 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.78.155117

[76] JA Marks, M. Schüler, JC Budich și 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 și C. Kollath, Phys. Rev. Lett. 119, 230403 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.230403

[78] L. Barbiero, A. Montorsi și 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 și 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 și 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 și 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 și 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 și 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 și 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 și L. Barbiero, Phys. Rev. Lett. 128, 043402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.043402

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

Citat de

[1] Sergi Julià-Farré, Javier Argüello-Luengo, Loïc Henriet și Alexandre Dauphin, „Quantized Thouless pumps protected by interactions in dimerized Rydberg tweezer arrays”, arXiv: 2402.09311, (2024).

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

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2024-03-16 01:49:46). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2024-03-16 01:49:45).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic