Magnetic phase transitions of spin-1 ultracold bosons in a cubic optical lattice
基于玻色动力学平均场论理论，研究了立方光晶格中具有反铁磁相互作用的强关联自旋1超冷玻色子。丰富的相图的系统在零温度和有限的温度下绘制出来，特别是自旋单重态冷凝物的存在被建立。有趣的是，在有限温度下，我们发现超流体可以通过一级（二级）相变被加热成具有偶（奇）填充的莫特绝缘体，类似于$^{3}$ He中的Pomeranchuk效应。此外，对于典型的实验装置，我们估计的临界温度为不同的有序相，我们的结果表明，这些阶段的直接实验观察是有前途的。
2015-08-19 cond-mat.quant-gas
Thermometry and Refrigeration in a Two-Component Mott Insulator of Ultracold Atoms
在双组分莫特绝缘体（2CMI）中，利用超冷原子可以实现有趣的自旋哈密顿量。最近证明，将磁场梯度应用于2CMI能够实现测温和绝热冷却的新技术。在这里，我们提出了一个理论描述，这两种新技术提供了定量分析。我们表明，绝热减少的场梯度是能够冷却到居里温度或内尔温度以下的某些自旋有序相。
2010-12-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Interaction and filling induced quantum phases of dual Mott insulators of bosons and fermions
多体效应是凝聚态物理中各种现象的核心。一个引人注目的例子是莫特绝缘体相，其中导电性因强排斥相互作用而被抑制。冷原子物理学的发展使原子在光晶格中实现了Mott绝缘相，模拟了相应的凝聚态系统。在这里，我们探讨了一个奇异的强关联系统的相互作用的双重莫特绝缘体玻色子和费米子。我们发现，玻色子和费米子之间的物种间相互作用大大修改每个莫特绝缘体，造成的影响，包括熔化，产生复合粒子，反相关相，和完全的相分离。实验结果和数值模拟之间的比较表明，本征绝热加热和冷却的吸引和排斥相互作用的双莫特绝缘体，分别。
2010-12-03 cond-mat.quant-gas
Domain wall dynamics in a two-component Bose-Mott insulator
通过将系统映射到自旋模型上，我们模拟了两种玻色子原子在Mott机制下的光晶格中的动力学行为。场梯度将云分为两个域。我们研究了畴壁如何在绝热和非绝热梯度变化下演化。我们确定绝热的时间尺度，并研究温度如何演变为缓慢的斜坡。我们表明，在大的，突然的变化的场梯度，系统不平衡的典型实验时间尺度。我们发现有趣的自旋动力学，即使当初始温度是大的相比，超交换能量。我们讨论了我们的实验结果的影响，希望使用这样的两个组件系统的测温，或作为一个冷却计划的一部分。
2010-06-16 cond-mat.quant-gas
Rapid generation of Mott insulators from arrays of noncondensed atoms
本文从理论上分析了冷原子从孤立阱的原子极限到接近超流相的莫特绝缘体的快速绝热转移方案。这使得不需要事先的玻色-爱因斯坦凝聚体就可以进入玻色-哈伯德物理学。初始态可以通过结合原子阵列的确定性组装和分辨拉曼边带冷却来制备。在随后的转移中，陷阱深度显著减小。我们推导出这个过程的绝热条件，并计算最佳绝热斜坡形状。使用现有的实验参数，我们估计由于光子散射加热的影响，并计算传输方案的保真度。最后，我们讨论了制备低熵态的方法的粒子数标度行为。我们的研究结果证明了所提出的方案与国家的最先进的技术的可行性。
2018-06-05 cond-mat.quant-gas
Observation of antiferromagnetic correlations in an ultracold SU($N$) Hubbard model
莫特绝缘体是强关联物理学的典范，它产生了具有新颖且难以解释的性质的物质相。将莫特绝缘体的典型SU（2）对称性扩展到SU（$N$），预计在低温下会产生奇异的量子磁性，但理解大$N$的强量子涨落效应仍然是一个开放的挑战。在本工作中，我们在光晶格中用镱原子实现的SU（6）哈伯德模型中实验观察到了最近邻自旋关联。我们研究一维，二维正方形和三维立方晶格几何。与SU（2）相关性相比，由于强的Pomeranchuk冷却，测量的SU（6）自旋相关性显著增强。我们还提出了基于精确对角化和行列式量子蒙特卡罗的数值计算。一维晶格的实验数据与理论一致，无需任何拟合参数。理论和实验之间的详细比较，使我们能够推断从测量的相关性的最低温度$\left[{0.096 \pm 0.054 \, \rm{(theory)} \pm 0.030 \, \rm{(experiment)}}\right]/k_{\rm B}$倍的隧道振幅。对于二维和三维晶格，实验达到熵低于我们的计算收敛，强调实验作为量子模拟。这些结果为长期探索的SU（$N$）量子磁性的研究打开了大门。
2020-10-15 cond-mat.quant-gas
Antiferromagnetic spin correlation of SU($\mathcal{N}$) Fermi gas in an optical super-lattice
大自旋冷原子系统可以表现出自旋1/2系统中没有的独特现象。本文报道了在光晶格中具有SU（$\mathcal{N}$）对称性的费米气体的最近邻反铁磁自旋关联的观测结果。由光抽运技术提供的自旋自由度的精确控制使我们能够在SU（2）和SU（4）的情况之间进行直接的比较。我们的重要发现是，由于Pomeranchuk冷却效应，SU（4）自旋系统的反铁磁关联比SU（2）自旋系统的反铁磁关联增强。这项工作是实现新型SU（$\mathcal{N}>2$）量子磁性的重要一步。
2018-11-02 cond-mat.quant-gas
Site-Resolved Imaging of Bosonic Mott Insulator of $^7$Li atoms
我们展示了光晶格中$^7$ Li原子玻色莫特绝缘体的单原子分辨荧光成像。荧光图像通过在深二维正方形晶格上实施拉曼边带冷却来获得，在那里我们用高数值孔径物镜收集散射光子。正方形晶格是由一个折叠的回射光束配置，可以达到2.5 mK的晶格深度从一个单一的激光源创建。晶格束椭圆聚焦，具有大面积深电势。在1~s的拉曼边带冷却过程中，平均每个原子收集到4,000个光子，在中心80个$\times$ 80格点上的成像保真度超过95 $\%$。作为研究关联量子相位的第一步，我们给出了莫特绝缘体的位置分辨成像。通过调节费什巴赫共振附近的磁场，散射长度可以增加到680 $a_B$，并且我们能够在低温下制备出具有2,000个原子的大尺寸单一填充莫特绝缘体。我们的工作为进一步深入研究光晶格中有趣的量子多体相提供了一个垫脚石。
2021-11-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fermions in 3D Optical Lattices: Cooling Protocol to Obtain Antiferromagnetism
在光晶格中实现反铁磁（AF）和超流相的一个主要挑战是冷却费米子的能力。我们利用无偏量子蒙特卡罗方法确定了三维排斥费米-哈伯德模型的状态方程作为化学势、温度和排斥力的函数，然后利用局域密度近似模拟了一个谐波陷阱.我们发现，增加排斥导致冷却，但只有在一个陷阱，由于熵的重新分配从中心到金属翅膀。因此，即使每个粒子的平均熵大于均匀系统中反铁磁性所需的熵，陷阱也能形成AF莫特相。
2011-06-05 cond-mat.quant-gas
Adiabatic spin cooling using high-spin Fermi gases
空间熵再分布在超冷晶格气体的绝热冷却中起着关键作用。我们表明，高自旋费米子与空间可变的二次塞曼耦合可能允许创建一个内部的自旋1/2的核心周围的高自旋翅膀。后者在高温下总是比核心更熵，值得注意的是，在所有温度下都存在挫折。结合热力学Bethe近似和局域密度近似，我们研究了一维自旋为3/2的格点费米子在Mott相的空间熵分布。有趣的是，这种空间相关的熵为绝热冷却技术开辟了一条可能的道路，与以前的建议相反，它将专门针对自旋自由度。我们讨论了这种绝热冷却的可能实现，这可能会允许一个高效的熵减少自旋1/2核心，并帮助访问反铁磁秩序在超冷旋量费米子的实验。
2012-03-13 cond-mat.quant-gas
Isentropes of spin-1 bosons in an optical lattice
我们分析了光晶格绝热斜坡效应对均匀晶格中自旋1玻色子温度的影响。利用平均场论，我们给出了温度-相互作用强度（$T,U_0$）平面内铁磁、反铁磁和零自旋耦合的等熵线。沿着等熵线，可以确定当前实验的绝热加载期间的温度变化。结果表明，加热-冷却分界线位于超流-Mott相边界上，冷却发生在超流内部，加热发生在莫特绝缘体内部，并定量分析了自旋耦合对加热速率的影响.我们发现，低初始熵的平均场等熵线终止于超流-莫特绝缘体相边界。
2010-05-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Using off-diagonal confinement as a cooling method
在最近的一封信[物理。104，167201（2010）]提出了一种基于非对角约束（ODC）的超冷原子在光晶格上的约束方法。这种方法被证明具有明显的优势，比传统的对角约束（DC），使使用的捕获势，包括纯莫特相和高度填充的冷凝物的存在。在本文中，我们表明，ODC方法也可以导致的温度小于与传统的DC方法，取决于控制参数。我们确定这些参数使用精确的对角化的硬核的情况下，然后我们将我们的结果扩展到软核的情况下进行量子蒙特卡罗（QMC）模拟DC和ODC系统在固定的温度下，并分析相应的熵。我们还提出了一种方法来测量熵的QMC模拟。
2011-01-27 cond-mat.quant-gas
Coherent light scattering from a two-dimensional Mott insulator
实验研究了二维晶格中原子莫特绝缘体的相干光散射。在用探测光束对原子进行激光冷却的同时，对由几百个原子组成的小云团的远场衍射图样进行了成像。我们描述了一个简单的解析模型的衍射峰的位置和峰参数的标度。与布拉格散射相反，来自单个平面的散射对于任何入射角都产生衍射峰。我们证明了通过光散射检测自旋相关性的可行性，通过人工创建一个一维的反铁磁秩序作为密度波和观察额外的衍射峰的出现。
2011-02-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Adiabatic cooling of bosons in lattices to magnetic ordering
我们提出并分析了一个新的方案，冷却玻色子原子到picokelvin温度，这应该允许观察磁有序通过超交换在光晶格。起始点是一个被称为自旋莫特相的带隙相，其中每个位置被一个自旋向上和一个自旋向下的原子占据。绝热斜坡导致xy-铁磁相。我们表明，与时间相关的密度矩阵重整化群方法与量子轨道的组合，可以用来充分解决可能的实验限制，由于退相干，并证明磁相关性是强大的实验可实现的斜坡速度。利用多粒子系统中光散射的微观主方程处理，我们测试了绝热态制备对退相干的鲁棒性。由于不同的基态对称性，我们还发现了一个亚稳态xy-铁磁有序的斜坡跨越制度的基态是一个z-铁磁。玻色子自旋莫特相作为绝热冷却的初始带隙态，与费米子带绝缘体有许多共同的特征，但玻色子的使用应该使实验具有显著较低的初始熵。
2015-03-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Gaussian quantum fluctuations in the superfluid-Mott phase transition
冷却技术的最新进展使量子相变的实验研究成为可能，量子相变是通过改变控制参数而接近绝对零度的转变。一个典型的例子是周期晶格上相互作用玻色子的超流-莫特跃迁。从这个超流-莫特跃迁的相对论性金兹伯格-朗道作用量中，我们得到了玻色子系统的基本激发，它包含在超流相中的带隙的希格斯模式和无隙的戈德斯通模式。我们表明，这个能谱是在良好的协议与现有的实验数据，我们用它来提取，与维正则化的帮助下，有意义的分析公式的超越平均场状态方程在两个和三个空间维度。我们发现，虽然平均场状态方程总是给出二阶量子相变，但高斯量子涨落的引入可以诱导一阶量子相变。这一预测是未来量子相变实验的有力基准。
2019-01-23 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Spin gradient demagnetization cooling of ultracold atoms
超冷原子物理学的一个主要目标是对光晶格中自旋哈密顿量进行量子模拟。实现这一目标需要达到极低的温度。在这里，我们展示了一种新的冷却方法，它包括施加一个随时间变化的磁场梯度的自旋混合物的超冷原子。我们使用这种方法在+/-50皮凯的正和负自旋温度下制备了孤立的自旋分布。自旋系统也可以用来冷却其他自由度，我们已经利用这种耦合将处于莫特绝缘态的铷原子的表面平衡样品的温度降低到350皮开尔文。这是有史以来在任何系统中测量到的最低温度。
2011-06-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Cooling Atomic Gases With Disorder
冷原子气体已经被证明能够模拟许多基本的凝聚态现象，包括玻色-爱因斯坦凝聚、莫特跃迁、富尔德-费雷尔-拉金-奥夫钦尼科夫配对和量子霍尔效应。冷却到足够低的温度来探索费米原子晶格中的磁性和奇异的超导性仍然是一个挑战。我们提出了一种方法来产生低温气体，通过在无序势中制备它，并遵循恒定熵轨迹将气体输送到非无序状态，该状态表现出这些不完全理解的相。我们表明，使用量子蒙特卡罗模拟，我们可以接近Neél温度的三维哈伯德模型的实验可实现的参数。最近的实验估计表明，所需的随机性在于原子传输和平衡仍然稳健的制度。
2015-08-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Single-Spin Addressing in an Atomic Mott Insulator
光晶格中的超冷原子是研究量子多体系统基本性质的一种通用工具。特别是，实验参数的高度控制允许许多有趣的现象，如量子相变和量子自旋动力学的研究。在这里，我们演示了如何可以扩展到一个单一的自旋在一个特定的位置的光晶格的最基本的水平，这样的控制。利用紧密聚焦的激光束和微波场，我们能够翻转莫特绝缘体中单个原子的自旋，分辨率低于衍射极限，远低于晶格间距。莫特绝缘体为我们提供了一个由完美排列的原子组成的大的二维阵列，在其中，我们通过在冻结原子分布后顺序寻址选定的晶格位置来创建任意的自旋模式。我们直接监测沿单线制备的晶格中单个原子的隧穿量子动力学，并观察到我们的寻址方案使原子处于运动基态。我们的研究结果开辟了一条道路，从自旋杂质的量子动力学，熵输运，实施新的冷却方案，工程的量子多体相位量子信息处理的广泛的新的应用。
2011-01-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Single-Atom Resolved Fluorescence Imaging of an Atomic Mott Insulator
单量子粒子的可靠探测给量子光学和量子信息处理领域带来了革命性的变化。几年来，研究人员一直渴望将这种检测的可能性扩展到更大规模的强相关量子系统，以便记录量子流体的原位图像，其中每个潜在的量子粒子都被检测到。本文报道了光晶格中强相互作用玻色子莫特绝缘体的单原子单格点分辨率荧光成像。从我们的图像中，我们完全重建了晶格上的原子分布，并以高保真度识别单个激发。径向密度和方差分布与理论的比较提供了一个精确的原位温度和熵测量从单个图像。我们观察到莫特绝缘高原与近零熵，并清楚地解决高熵环分离它们，虽然它们的宽度是一个单一的晶格站点的顺序。此外，我们展示了如何一个莫特绝缘体熔化的温度增加，由于扩散的局部缺陷。我们的实验为晶格上强相互作用量子气体的操纵和分析以及超冷原子的量子信息处理开辟了一条新的途径。使用高空间分辨率，现在可以直接寻址单个晶格位点。例如，引入局部扰动或进入高熵区域，这是实现晶格上原子的新型冷却方案的关键要求。
2010-07-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices
可扩展的相干多体系统可以实现以前未探索的量子相位，并有可能以指数方式加速信息处理。热涨落是可以忽略的，量子效应控制着这种具有极低温度的系统的行为。我们报告了一个具有10，000个原子的量子模拟器的冷却和高保真纠缠对的大规模生产。在二维平面上，我们通过将莫特绝缘体样品浸入可移动的超流储层中来冷却它们，从而实现$1.9^{+1.7}_{-0.4} \times 10^{-3} k_{\text{B}}$的每粒子熵。然后原子重新排列成没有缺陷的二维晶格。我们进一步展示了一个两量子比特门的保真度为0.993 $\pm$ 0.001纠缠1250个原子对。我们的结果为探索低能多体相提供了一个环境，并可能使大规模纠缠的产生成为可能
2020-08-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Phase Coherence of Strongly Interacting Bosons in One-Dimensional Optical Lattices
Laboratoire Kastler Brossel, Collège de France, CNRS, ENS-PSL University, Sorbonne Université（卡斯勒·布罗塞尔实验室，法兰西公学院，法国国家科学研究中心，巴黎文理研究大学，索邦大学）；Université Paris-Saclay, CNRS, LPTMS（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，理论物理与物质研究所）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
研究一维光学晶格中强相互作用玻色气体的相相干性，结合实验和理论分析，发现深晶格中实验结果与零温行为一致，而低温效应随晶格深度减小而增强，表明Mott域抑制热化。
2026-03-27 cond-mat.quant-gas
Homogeneous fermionic Hubbard gases in a flat-top optical lattice
本文开发融合平顶光晶格与光箱阱的混合势，实现约8×10⁵位点的三维均匀费米哈伯德气体，通过射频光谱测量双占据分数，揭示金属-莫特转变及波梅兰丘克效应等关键物理现象。
2025-02-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
High temperature thermodynamics of fermionic alkaline earth atoms in optical lattices
采用SU（N）哈伯德模型，计算了光晶格中囚禁的碱土金属费米子原子的相关性质。当温度远大于隧穿率时，我们的计算是准确的，类似于超冷原子实验中的电流状态。除了探索的莫特绝缘体-金属交叉，我们计算的最终温度实现的标准实验协议的非相互作用的气体，作为初始气体温度和最终状态的晶格参数的函数的电磁斜坡。特别是实验的兴趣，我们发现，增加$N$大大\textit{colder}莫特绝缘体，高达超过五个因素的相关参数。所有$N$都发生这种冷却，固定初始熵，或者所有$N \lsim 20$（确切值取决于维数）都发生这种冷却，固定初始温度。
2010-11-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
Finite-temperature properties of strongly correlated fermions in the honeycomb lattice
利用数值链团展开和量子决定论蒙特卡罗模拟研究了蜂窝晶格中强相互作用费米子的有限温度性质。我们分析了一些热力学量，包括熵，比热，均匀和交错自旋磁化率，短程自旋相关性，以及在和远离半填充的双占有率。我们研究绝热冷却的可行性，通过增加均匀的相互作用强度，以及捕获系统。对于均匀的情况下，这个过程被发现是更有效的有限掺杂比在半填充。这反过来又导致了一个有效的绝热冷却存在的陷阱，开始甚至相对较高的熵，可以驱动系统有一个莫特绝缘相与大量的反铁磁相关。
2013-09-18 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Antiferromagnetism with Ultracold Atoms
我们用自旋为1/2的超冷原子费米子（$^6$ Li）在三维光晶格上实现了哈伯德模型.在相对较高的温度和密度接近半填充，我们表明，气体形成一个莫特绝缘体无序自旋。为了观察预测在较低温度下发生的反铁磁有序，我们开发了补偿光晶格方法来蒸发冷却晶格中的原子。这种冷却使得能够通过自旋敏感的布拉格光的散射来检测短程磁序。
2015-12-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Pseudogap in a Fermi-Hubbard quantum simulator
Harvard University（哈佛大学）；Quantum Science and Engineering, Harvard University（哈佛大学生子科学与工程）；JILA, National Institute of Standards and Technology and the University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校与美国国家标准与技术研究院联合物理科学研究所）
本文利用冷原子费米-哈伯德量子模拟器，通过热力学和光谱测量在掺杂哈伯德模型中观测到正常金属与赝能隙金属之间的渡越，建立了赝能隙相图，并提示赝能隙与电荷序可能存在关联。
2025-09-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
