Yerel olmayan fermiyonik itme yoluyla Hubbard-Thouless pompalarının stabilizasyonu

Yerel olmayan fermiyonik itme yoluyla Hubbard-Thouless pompalarının stabilizasyonu

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

1ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, Barselona Bilim ve Teknoloji Enstitüsü, Av. Carl Friedrich Gauss 3, 08860 Castelldefels (Barselona), İspanya
2Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 21a, 6020 Innsbruck, Avusturya
3Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Avusturya
4ICREA, sayfa. Lluís Companys 23, 08010 Barselona, ​​İspanya
5Yoğun Madde Fiziği ve Karmaşık Sistemler Enstitüsü, DISAT, Politecnico di Torino, I-10129 Torino, İtalya

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Thouless pompalama, kuantum sistemlerde nicelenmiş topolojik değişmezleri araştırmak için güçlü bir kavramı temsil eder. Bu mekanizmayı, rakip saha içi ve sahalar arası etkileşimlerin varlığıyla karakterize edilen genelleştirilmiş bir Rice-Mele Fermi-Hubbard modelinde araştırıyoruz. Yerinde itme tarafından indüklenen nicelenmiş pompalamanın bir dökümünü gösteren son deneysel ve teorik sonuçların aksine, yeterince büyük bölgeler arası etkileşimlerin, Thouless pompalarının etkileşim kaynaklı bir geri kazanımına izin verdiğini kanıtladık. Analizimiz ayrıca, büyük etkileşimlerde kararlı topolojik taşınımın ortaya çıkmasının, modelin temel durum faz diyagramında kendiliğinden bir bağ sırası dalgasının varlığına bağlı olduğunu ortaya koymaktadır. Son olarak, yeni tanıtılan Thouless pompasını gerçekleştirmek için optik bir kafes içindeki ultra soğuk manyetik atomlara dayanan somut bir deney düzeneğini tartışıyoruz. Sonuçlarımız, etkileşimli kuantum sistemlerinde Thouless pompalarını stabilize etmek için yeni bir mekanizma sağlar.

Topolojik fazlar, sonuçta yerel kusurlara karşı dayanıklı bir topolojik değişmezin varlığıyla ilgili olan çarpıcı küresel özelliklerinden dolayı son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Etkileşmeyen parçacıklardan oluşan sistemler için topoloji mevcut olsa da, çok cisim etkileşimlerinin eklenmesinin daha da egzotik olaylara yol açması bekleniyor. Bu bağlamda, tek boyutlu fermiyonik sistemlerin etkileşim kaynaklı topolojik özelliklerine ilişkin sayısal kanıtlar sağlıyoruz ve modeli kuantum simülasyonu için bir deney düzeneği öneriyoruz.

Tek boyutlu kafes sistemleri için, küresel bir topolojik değişmezin varlığı, Thouless pompası olarak bilinen bir olgu olan döngüsel dinamik deneylerinde parçacıkların nicelenmiş taşınması yoluyla kendini gösterir. Bu çalışmada, sistemin hangi etkileşim değerleri için topolojik olduğunu, yani her döngüde tamsayı miktarda parçacık taşıdığını belirlemek için, hem yerinde hem de en yakın komşu itmesine tabi olan bir fermiyon zincirindeki bu periyodik aktarım dinamiklerini sayısal olarak simüle ediyoruz. dinamiklerden. Daha önceki teorik ve deneysel çalışmalarda bildirildiği gibi, saha içi ve sahalar arası etkileşimlerin, tek başına ele alındığında nicelenmiş taşınımın yokluğuyla sonuçlanmasına rağmen, bu iki terimin eşzamanlı varlığının artan etkileşimlerin iyileşmeye yol açtığı egzotik rejimlere yol açtığını bulduk. topolojik Thouless pompası. Ayrıca optik bir kafes içinde sıkışıp kalan manyetik atomların, bu fiziği kuantum simüle etmek için birincil bir platformu temsil ettiğini de gösteriyoruz.

Bu çalışma, itici fermiyonik etkileşimlerin Thouless pompaları için temel olarak zararlı olmadığını gösteriyor ve tek boyutlu topolojik taşınımın etkileşime bağlı iyileşmesini deneysel olarak gözlemleme olasılığını açıyor.

► BibTeX verileri

► Referanslar

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

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

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

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

[5] LD Landau, EM Lifshitz ve M. Pitaevskii, İstatistiksel Fizik (Butterworth-Heinemann, New York, 1999).

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

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

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

[9] S. Rachel, Temsilci Prog. Fizik. 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 ve 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 ve E. Altman, Phys. Rahip Lett. 106, 110405 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110405

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

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

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

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

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

[19] A. Padhan, S. Mondal, S. Vishveshwara ve T. Mishra, "Su-Schrieffer-Heeger merdiveninde etkileşimli bozonlar: Topolojik aşamalar ve Thouless pompalama" (2023), arXiv:2306.09325 [cond-mat.quant- gaz].
arXiv: 2306.09325

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

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

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

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

[24] RP Feynman, Uluslararası J. Teori. fizik 21, 467 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1007 / bf02650179

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

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

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

[30] R. Citro ve 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 ve I. Carusotto, Rev. Mod. Fizik 91, 015006 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.91.015006

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

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

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

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

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

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

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

[39] GİBİ. Walter, Z. Zhu, M. Gächter, J. Minguzzi, S. Roschinski, K. Sandholzer, K. Viebahn ve T. Esslinger, Nat. Fizik. 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 ve T. Esslinger, "Topolojik çok gövdeli bir sistemde etkileşim kaynaklı yük pompalaması" (2023), arXiv:2308.03756 [kond-mat.quant-gaz].
arXiv: 2308.03756

[41] M. Lewenstein, A. Sanpera ve V. Ahufinger, Optik Kafeslerde Ultrasoğuk Atomlar: Kuantum çoklu cisim sistemlerini simüle etmek, Cilt. 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 ve W. Zwerger, Rev. Mod. Fizik. 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 ve 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. Repelin, N. Goldman ve M. Greiner, Nature 619, 495 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-023-06122-4

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

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

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

[49] J. Hauschild ve F. Pollmann, SciPost Phys. Öğr. Notlar , 5 (2018).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysLectNotes.5

[50] M. Nakamura, J. Phys. Sos. Japonya 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. Rahip Lett. 89, 236401 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.89.236401

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[70] NH Le, AJ Fisher, NJ Curson ve 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 ve 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 ve L. Barbiero, Phys. Rev. B 106, L241115 (2022).
https:/​/​doi.org/10.1103/​PhysRevB.106.L241115

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

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

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

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

[78] L. Barbiero, A. Montorsi ve 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 ve 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 ve 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 ve 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 ve MJ Mark, Phys. Rev. Araştırma 2, 023050 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023050

[83] L. Su, A. Douglas, M. Szurek, R. Groth, SF Öztürk, A. Krahn, AH Hébert, GA Phelps, S. Ebadi, S. Dickerson, F. Ferlaino, O. Marković ve M. Greiner, Doğa 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 ve F. Ferlaino, Phys. Rahip Lett. 121, 093602 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.093602

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

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

Alıntılama

[1] Sergi Julià-Farré, Javier Argüello-Luengo, Loïc Henriet ve Alexandre Dauphin, "Dimerleştirilmiş Rydberg cımbız dizilerindeki etkileşimlerle korunan Quantized Thouless pompaları", arXiv: 2402.09311, (2024).

[2] Ashirbad Padhan ve Tapan Mishra, "Yarı periyodik bir zincirde düzensizliğe dayalı Thouless şarj pompası", arXiv: 2312.16568, (2023).

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2024-03-16 01:49:46) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

On Crossref'in alıntı yaptığı hizmet alıntı yapma çalışmaları ile ilgili veri bulunamadı (son deneme 2024-03-16 01:49:45).

Zaman Damgası:

Den fazla Kuantum Günlüğü