Engineering tunable local loss in a synthetic lattice of momentum states
耗散可以作为控制开放量子系统行为的一个强有力的资源，最近人们对耗散耦合对大量子系统的影响，更具体地说，这些过程如何影响能带拓扑和多体局域化等现象产生了极大的兴趣。在这里，我们探讨工程的本地，可调耗散在所谓的合成晶格，阵列的量子态参数耦合的方式类似于量子隧穿。考虑到动量态晶格的具体情况，我们研究了两种不同的机制，工程控制的损失：一个依赖于一个明确的形式耗散自发发射，另一个依赖于可逆耦合到一个大水库的未占用状态。我们实验实现后者，并展示了在大范围内调整本地损失率的能力。在合成晶格工具箱中引入受控损耗有望为研究耗散与拓扑、无序和相互作用的相互作用铺平道路。
2018-11-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
Momentum-space dynamics of Dirac quasiparticles in correlated random potentials: Interplay between dynamical and Berry phases
我们考虑狄拉克准粒子，实现与冷原子加载在蜂窝晶格或在$π$通量正方形晶格中，在存在一个弱关联的无序，使得无序波动不耦合的两个狄拉克点的晶格。我们数值和理论研究的准粒子的动量分布的时间演化时，他们最初准备在一个准单色波包与给定的平均动量。伪自旋自由度沿着动量空间中的散射路径的平行传输产生几何相位，该几何相位改变与互易散射路径相关联的干涉。在无质量的情况下，一个众所周知的倾角的动量分布发展在背散射（相应的狄拉克点考虑）周围的运输平均自由时间。由于三角形翘曲，这种倾斜后来在蜂窝情况下消失了。在大质量的情况下，散射路径的动力学相位变得至关重要。它与几何相位的相互作用在动量分布中诱导了额外的瞬态反射对称性破缺。这种不对称性的方向是狄拉克点的一种性质，与波包的能量无关。这些Berry相位效应在当前的冷原子晶格实验中可以观察到。
2014-04-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Conductivity of strongly correlated bosons in optical lattices in an Abelian synthetic magnetic field
光晶格中中性玻色子的拓扑相位工程为操纵这类系统中的输运现象打开了一扇新的窗口。利用玻色哈伯德模型和本文提出的磁久保公式，我们证明了在Mott相，电导率随磁通密度的变化而突变。特别地，当外加场的频率对应于现场玻色子相互作用能时，我们观察到绝缘体或金属行为对于给定的Hofstadter谱。我们还证明了，对于不同的合成磁场配置，在波瓣的尖端的临界电导率是非通用的，并依赖于能量最小值的频谱。在$1/2$和$1/3$通量/元格的情况下，我们的结果与以前的Monte Carlo（MC）研究的结果吻合得很好。此外，我们表明，半磁通量通过细胞的临界电导率突然改变的存在下，超晶格势与单轴周期性。
2015-01-22 cond-mat.quant-gas
Programmable Gauge-Field Textures with Ultracold Atoms in Momentum Space
Zhejiang University（浙江大学）；East China Normal University（华东师范大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
通过超冷原子动量态晶格实现局部可控的Peierls相位，构建可编程的Harper-Hofstadter模型，观测到磁通调制的动力学、霍尔漂移及通量畴壁导引的各向异性传播。
2026-06-16 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Experimental realization of a fermionic spin-momentum lattice
本文用三自旋态费米气体经循环原子-激光耦合实验构建合成自旋-动量三角晶格，并通过自旋与动量分辨成像验证其动力学，为高均匀合成磁场和超窄 Chern 能带研究提供平台。
2022-03-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Angular Momentum of a Bose-Einstein Condensate in a Synthetic Rotational Field
通过对具有相等Rashba和Dresselhaus耦合的自旋-轨道耦合哈密顿量施加位置相关失谐，我们利用了谐波囚禁的玻色-爱因斯坦凝聚原子气体的角动量行为，并讨论了其正则分量和自旋分量的独特作用。通过发展旋量流体动力学的形式主义，我们预测的合成旋转场引起的偶极振荡的进动，在类似的福柯摆的进动，激发的剪刀模式，突然关闭的失谐，和霍尔效应的发生。当失谐量超过一个临界值时，我们观察到从一个无涡旋的、刚性旋转的量子气体到一个含有负环流涡旋的气体的过渡，这导致了总角动量的显着减少。
2018-05-03 cond-mat.quant-gas
Weyl points in three-dimensional optical lattices: synthetic magnetic monopoles in momentum space
我们证明了在三维光晶格中利用激光辅助隧穿可以实现超冷原子的外尔点哈密顿。外尔点是合成磁单极子，表现出强大的三维线性色散。它们与许多有趣的物质拓扑态有关，如外尔半金属和手征外尔费米子。然而，外尔点还没有在任何系统中被实验观察到。我们表明，这个难以捉摸的目标是在实验范围内的扩展最近使用的技术，以获得哈珀哈密顿量。
2014-12-24 cond-mat.quant-gas
Hyperspherical explicitly correlated Gaussian approach for few-body systems with finite angular momentum
在超球框架下，将求解n粒子系统的非定常薛定谔方程分为两步，即在超角自由度上求解类薛定谔方程和求解一组耦合的类薛定谔超径向方程.前者的解提供了进入后一组方程的有效势和耦合矩阵元素。本文发展了一个理论框架来确定有限角动量L=1和正负宇称的少体系统的有效势以及相关的耦合矩阵元。超角通道函数的显式相关的高斯基函数和相对紧凑的矩阵元素的表达式推导。所开发的形式主义适用于任何n;然而，对于n大于或等于6，计算需求可能超出当今的计算能力。一些相关的冷原子物理的计算，表明所开发的方法提供了一个计算效率高的手段来解决四体束缚和有限角动量的散射问题在强大的台式计算机上。讨论了有关实施的细节。
2012-12-26 cond-mat.quant-gas
Quantum phases of Bose-Einstein condensates with synthetic spin - orbital-angular-momentum coupling
超冷原子中激光诱导Raman跃迁产生的自旋轨道耦合的实验实现为探索新的超流物理和模拟奇异的多体现象铺平了道路。最近的一个建议，使用拉盖尔-高斯激光器，使另一种基本类型的自旋和轨道角动量（SOAM）之间的耦合在超冷原子。在此，我们研究了一个现实的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的量子相位与这种合成的SOAM耦合在一个盘形的几何形状，尊重径向不均匀性的拉曼耦合。我们发现，实验系统自然地驻留在一个强相互作用的制度，其中的相图显着偏离单粒子图片。SOAM耦合和相互作用之间的相互作用导致丰富的结构，自旋分辨的位置和动量分布，包括条纹相和各种类型的不混溶状态。我们的研究结果将为SOAM耦合BEC的实验研究提供指导。
2015-05-31 cond-mat.quant-gas
Exploring Interacting Topological Insulators with Ultracold Atoms: the Synthetic Creutz-Hubbard Model
理解存在强相互作用的物质的拓扑相的鲁棒性，并合成新的强相关拓扑材料，是现代理论和实验物理学最重要和最困难的挑战之一。在这项工作中，我们提出了一个完整的理论分析的合成Creutz-Hubbard阶梯，这是一个范例模型，提供了一个整洁的操场，以解决这些挑战。我们特别注意在强相互作用下的相关拓扑相和轨道量子磁性的竞争。这些结果进一步证实和广泛的数值模拟扩展。此外，我们提出了如何在实验上实现这个模型的合成梯子，由两个内部状态的超冷费米子原子在一个一维的光晶格。我们的工作为实现拓扑绝缘体与冷原子相互作用的量子模拟器铺平了道路。
2017-09-29 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
The synthetic gauge field and exotic vortex phase with spin-orbital-angular-momentum coupling
本文提出在旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中用行波与拉盖尔-高斯激光场产生合成规范场，研究自旋-轨道角动量耦合下的奇异涡旋基态，发现旋转对称性破缺相变及合成磁场对密度分布的表征作用。
2024-06-28 cond-mat.quant-gas
Emission of Spin-correlated Matter-wave Jets from Spinor Bose-Einstein Condensates
报道了在$^7$ Li原子强铁磁旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中观测到的物质波喷注发射。具有$|{F=1,m_F=1}\rangle$和$|{F=1,m_F=-1}\rangle$自旋状态的定向原子束从$|{F=1,m_F=0}\rangle$状态凝聚体产生，反之亦然。这是集体自旋混合散射事件的结果，其中自发产生的具有相反动量的原子对在穿过凝聚体时促进了额外的自旋混合碰撞。不同自旋态的物质波喷流（$|{F=1,m_F=\pm1}\rangle$）可以是具有类空分离的宏观Einstein-Podolsky-Rosen态。利用每个自旋态的角关联函数研究了它的自旋-动量关联。旋转自旋轴，自旋间和自旋内动量相关峰显示出高对比度的振荡，表明原子系综的集体相干性。我们提供的数值计算，描述了在定量水平上的实验结果，并可以确定其纠缠后100毫秒的长时间的飞行时间。
2021-02-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Synthetic dissipation and cascade fluxes in a turbulent quantum gas
尺度不变通量是湍流叶栅的定义性质，但其直接测量是一个众所周知的问题。在这里，我们执行这样的测量湍流量子气体中的直接能量级联。利用时间周期力，我们在一个大的长度尺度上注入能量，并在均匀囚禁的玻色气体中产生级联。可调节的陷阱深度提供了高动量截止$k_{\textrm{D}}$，其实现了合成耗散尺度。这使我们能够直接获得粒子通量穿过半径为$k_{\textrm{D}}$的动量壳层，而$k_{\textrm{D}}$的可调性允许清楚地演示湍流的第零定律：我们观察到，对于固定的强迫，粒子通量在无耗散极限$k_{\textrm{D}}\rightarrow \infty$中作为$k_{\textrm{D}}^{-2}$消失，而能量通量与$k_{\textrm{D}}$无关。此外，我们的时间分辨测量提供了独特的访问前稳态动力学，当叶栅前在动量空间中传播。
2018-07-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Quench dynamics of a Bose-Einstein condensate under synthetic spin-orbit coupling
我们研究了拉曼辅助合成自旋轨道耦合下玻色-爱因斯坦凝聚体的猝灭动力学。为了模拟动力学过程，我们采用了自洽的Bogoliubov方法，这相当于应用时间相关的Bogoliubov-de-Gennes方程。我们研究了系统参数突然变化后玻色气体的动量分布以及凝析分数的动态变化。通常，系统在长时间限制内演变为稳态，其特征是振荡的动量分布和取决于猝灭参数的固定冷凝物分数。我们研究了不同的猝灭参数，如物种间和物种内的相互作用和自旋轨道耦合参数如何影响稳态下的凝聚分数。此外，我们发现，在长时间限制的振荡动量分布的时间平均可以描述的广义吉布斯系综与两个分支的动量依赖吉布斯温度。我们的研究与自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体动力学过程的实验研究有关。
2016-05-30 cond-mat.quant-gas
Correlated Fermion Pairs in Nuclei and Ultracold Atomic Gases
背景资料：在两种自旋态超冷原子气体中，不同自旋原子间的短程相互作用可以用Tan接触描述，原子的高动量分布主要由不同自旋的短程费米子对控制，并以$k^{-4}$形式递减.在原子核中，费米动量（$k>k_F \approx 250$ Mev/c）以上的核子动量分布也由短程相关的不同费米子（中子-质子）对支配。目的：比较原子和核系统中的高动量非类费米子动量分布。方法：我们表明，对于$k>k_F$ MeV/c，核动量分布正比于氘。然后，我们研究了氘动量分布来自各种各样的现代核子核子势是一致的$NN$散射数据。结果如下：氘核动量分布的高动量尾，因此核动量分布的高动量尾似乎随着$k^{-4}$而减小。这种行为是由核子-核子势的张量部分的影响引起的。此外，当原子系统的无量纲相互作用强度与原子核的无量纲相互作用强度相近时，在两个系统中发现短程异费米子对的概率是相同的。结论：尽管核并不满足Tan接触的所有条件，但观察到的核和原子动量分布的大小和$k^{-4}$形状的相似性是显着的，因为这些系统的密度相差约$20$数量级。这种相似性可能会导致更好地理解原子核和核系统的密度依赖性。
2015-10-05 cond-mat.quant-gas nucl-ex nucl-th
Laughlin-like states in bosonic and fermionic atomic synthetic ladders
相互作用和静态规范场的结合在我们理解强关联量子物质中起着关键作用。具有合成维度的冷原子气体正在成为实验解决准一维系统中这种相互作用的理想平台。一个基本的问题是，这些装置是否可以提供原始的二维现象，如分数量子霍尔效应，以及如何。我们表明，明确的签名玻色子和费米子劳克林类状态可以观察到和特征在于合成阶梯。我们从理论上诊断这些Laughlin类状态集中在阶梯中流动的手征电流，在低能量理论的中心荷，和纠缠熵的属性。值得注意的是，Laughlin状态从传统的液体分离Lifschitz型过渡，其特征在于在当前的配置文件，我们使用广泛的模拟矩阵产品状态的基础上解决尖锐的不连续性。我们的工作提供了一个定性和定量的指导方针，对观察和理解的强相关态的物质在合成阶梯。特别是，我们揭示了如何国家的最先进的实验设置构成一个理想的起点，逐步解决二维强相互作用系统从阶梯的观点，开辟了一个新的视角观察非阿贝尔物质状态。
2017-06-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Exploring quantum signatures of chaos on a Floquet synthetic lattice
遍历性和混沌在多粒子系统的动力学行为中起着不可或缺的作用，并且对统计力学的表述至关重要。尽管如此，对封闭量子系统的动力学演化中随机性和混沌如何出现的一般理解仍然难以捉摸。在这里，我们开发了一个实验平台，实现规范量子混沌哈密顿的基础上量子模拟与合成格。我们将一个有效量子自旋的角动量投影态映射到$^{87}$ Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的线性动量态上，这些线性动量态也可以被看作是合成维中的晶格位置。这种合成晶格，与本地和动态控制的紧束缚晶格参数，使新的能力相关的量子混沌的实验研究。特别是，我们的系统的能力让我们调整我们的自旋的有效大小，使我们能够说明经典混沌如何从离散量子系统中出现。此外，我们的合成晶格的光谱控制，使我们能够探索我们的自旋的动力学的独特方面，通过测量出的时间顺序的关联函数，并使未来的调查到全新类别的混沌系统。
2017-05-18 cond-mat.quant-gas nlin.CD quant-ph
Static structure factor of a strongly correlated Fermi gas at large momenta
从理论上研究了大动量时BEC-BCS交叉点附近相互作用费米气体的静态结构因子。由于短程两体相互作用的存在，我们预言在具有大动量$\hbar q$和大散射长度的普适标度区域中，异自旋关联$S_{\uparrow\downarrow}(q)$的结构因子将以$1/q$的形式衰减.标度系数由著名的Tan接触参数决定，该参数将多体系统的短程行为与其普遍的热力学性质联系起来。通过实施这一新的Tan关系与随机相位近似和维里膨胀理论在各种极限情况下，我们展示了如何计算$S_{\uparrow\downarrow}(q)$在零温度和有限温度的任意相互作用强度，在动量转移高于费米动量。我们的研究结果提供了一种方法来实验确认一个新的Tan关系，并准确地测量接触参数的值。
2010-08-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
High-momentum tails as magnetic structure probes for strongly-correlated $SU(κ)$ fermionic mixtures in one-dimensional traps
由Tan接触系数固定的动量分布的大动量尾部的普遍$k^{-4}$衰减构成了短程相互作用量子气体中强关联的直接特征。在这里，我们考虑在谐波约束下的排斥性多组分费米气体，如在Pagano等人的实验中[Nat. Phys. { \bf 10}，198（2014）]，实现了具有可调$SU(κ)$对称性的气体。我们利用一个精确的解决方案，在无限排斥显示的值之间的直接对应的Tan的接触，为每个的$κ$组件的气体和杨表格的$S_N$置换对称群确定的磁结构的基态。这开辟了一条路线，在冷原子气体的磁性配置的实验测定，只采用标准（自旋分辨）飞行时间技术。结合矩阵乘积态模拟的精确结果，我们得到了所有排斥作用值下的Tan接触。我们表明，局域密度近似（LDA）的Bethe-Anglesia状态方程的均匀混合物是在很好的协议与结果的谐波约束气体。在强相互作用下，LDA预测了Tan接触的标度行为。这提供了一个有用的解析表达式的费米子的数量，组件的数量和相互作用强度的依赖。此外，使用维里方法在无限的相互作用的限制，我们表明，接触的温度和组件的数量增加。在零温度下，我们预测的重量的动量分布尾部的相互作用强度和组件的数量增加，如果每个组件的人口保持不变。后一种性质在参考文献~中实验观察到。[Nat.{ \bf 10}，198（2014）]。
2016-11-23 cond-mat.quant-gas
Strongly correlated states of trapped ultracold fermions in deformed Landau levels
我们分析了在合成的非阿贝尔U（2）规范势中两组分超冷费米子气体的强关联区，该规范势由磁场和均匀自旋轨道耦合组成.这种规范位能使朗道能级相对于阿贝尔情形发生变形，并交换它们作为自旋-轨道耦合函数的有序性。鉴于实验实现，我们表明，谐波势结合塞曼项，产生角动量项，它可以用来测试通过相互作用获得的相关态的稳定性。在最低的LL近似下，我们推导出了描述种间接触相互作用的Halfton赝势。与普通的分数量子Hall系统和超冷玻色子在相同的规范势下的短程相互作用不同，足够强的非阿贝尔场的HPs在相对角动量上表现出非常规的非单调行为。利用这一性质，我们研究了新的不可压缩基态作为总角动量的函数的发生。在第一变形朗道能级（DLL）中，我们得到了Laughlin态和Jain态。相反，在第二个DLL中出现三类稳定态：Laughlin态，一系列中间强关联态，最后是整数量子霍尔态的涡旋。值得注意的是，在中间制度，第二DLL的非单调的HP诱导两个粒子的相关性，这让人想起配对状态，如哈夫尼状态。通过精确对角化的磁盘几何形状，我们计算实验相关的观测，如密度分布和相关性，我们研究的纠缠谱作为进一步的工具来表征所获得的强关联态。
2015-03-09 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Phases of interacting bosons in a hybrid Harper-Hofstadter system with a synthetic dimension of harmonic trap states
University of Birmingham（伯明翰大学）；Aalto University（阿尔托大学）；Università di Pisa（比萨大学）；International Solvay Institutes（国际索尔维研究所）；Université Libre de Bruxelles (U.L.B.)（布鲁塞尔自由大学）；Collège de France（法兰西公学院）
研究在具有谐振子态合成维度的混合哈弗-霍夫斯泰特系统中相互作用玻色子的相行为，探讨长程相互作用与磁效应的相互作用。
2026-02-24 cond-mat.quant-gas
Strongly correlated one-dimensional Bose-Fermi quantum mixtures: symmetry and correlations
我们考虑在一维谐波陷阱中具有强排斥接触相互作用的多组分量子混合物（玻色子，费米子，或混合）。在无限强排斥和零温度极限下，利用类和方法，研究了混合物空间波函数的对称性。我们发现系统的基态具有混合物类型所允许的最对称的空间波函数。这提供了广义的Lieb-Mattis定理的一个例子。此外，我们表明，混合物的对称性嵌入在大动量尾巴的动量分布，我们评估在无限排斥的精确解和有限的相互作用，使用数值DMRG方法。这意味着对Tan接触的实验测量将允许明确地确定任何种类的多组分混合物的对称性。
2017-07-28 cond-mat.quant-gas
Modulation instability in the nonlinear Schrödinger equation with a synthetic magnetic field: gauge matters
从理论上研究了服从非线性薛定谔方程的系统在外加均匀合成磁场作用下的调制不稳定性现象。对于一个初始条件，不稳定性检测数值比较动力学和没有一个小的初始扰动，扰动的特点是在一个标准的方式在动量空间中的波矢量。我们证明了在相同的初始条件下，动量空间中的（不）稳定区域以及实空间中的时间演化取决于规范的选择（即，矢量势）用于描述均匀合成磁场。这表面上看起来好像规范不变性被打破了，但这不是真的。当系统在两个不同的量规中从相同的初始条件演化时，其等效于在$t=0$处突然打开合成磁场。通过法拉第定律，这引起了合成电场对波包的初始瞬时反冲，这对于在$t>0$产生相同均匀磁场的仪表可能不同。
2020-03-27 cond-mat.quant-gas physics.optics
Momentum-Resolved Bragg Spectroscopy in Optical Lattices
强关联多体系统在凝聚态物理中表现出许多令人兴奋的现象，如高温超导和巨磁电阻。最近，强关联相也可以在超冷量子气体中进行研究，这些气体具有与固态物理学类似的性质，但也展示了新的系统，如费米-玻色混合物和具有高自旋值的磁量子相。这里特别有趣的系统是具有完全可调晶格和原子相互作用参数的光晶格中的量子气体。虽然在这种情况下，一些概念和想法已经在理论和实验上进行了研究，但仍然需要新的检测技术来详细探索这些复杂的阶段。在这里，我们报告的测量完全动量分辨激发光谱的量子气体在光晶格通过布拉格光谱。在几个晶格深度的能带结构测量具有高分辨率。确定和系统地研究了不同的密度和激发分数的相互作用的影响。
2009-08-28 cond-mat.quant-gas
Synthetic Dimensions with Magnetic Fields and Local Interactions in Photonic Lattices
我们讨论了如何实现一个光子器件，结合合成尺寸和合成磁场与空间局部相互作用。使用环形腔阵列，每个腔周围的角坐标跨越合成维度。合成磁场的产生是由于腔间光子跳跃与角动量的变化相关联。光子-光子相互作用在每个腔周围的周期角坐标中是局部的。实验观察到的后果的合成磁场和当地的相互作用指出。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Damping of Josephson oscillations in strongly correlated one-dimensional atomic gases
本文研究了两个强关联的一维玻色云的约瑟夫森振荡。使用量子朗之万方法和精确的Tonks-Girardeau解决方案中的不可穿透玻色子限制，我们确定的粒子数不平衡的动态演化，显示有效的阻尼的约瑟夫森振荡，这取决于势垒高度，相互作用强度和温度。我们表明，阻尼起源于量子和热涨落固有地存在于强关联气体。由于该模型的密度-相位对偶性，相同的结果适用于一维环中的粒子流振荡，其中弱势垒耦合不同的角动量态。
2018-07-17 cond-mat.quant-gas
Artificial magnetic field for synthetic quantum matter without dynamical modulation
提出了一种不引入时间调制的全静态方法来实现带电中性粒子的人工磁场。我们的建议包括一维管受谐波捕获势与移动中心。我们表明，这种设置实现了一个人工磁场在混合实动量空间。我们讨论了如何在磁场中的粒子的特性，如手征边缘状态和量子化霍尔响应，可以观察到在这种设置。我们发现，在物理实空间中存在长程相互作用时，玻色子的平均场基态在混合实动量空间中可以具有量子化的涡旋，这样的涡旋态在物理实空间中表现出超固体结构.我们的方法可以应用于各种合成量子物质，包括超冷原子气体，耦合光子腔，耦合波导，激子极化激元晶格。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
