Effects of anisotropy in simple lattice geometries on many-body properties of ultracold fermions in optical lattices
研究了在排斥费米-哈伯德模型描述的光晶格中各向异性跳跃振幅对超冷费米子量子相位的影响。特别地,利用动力学平均场论(DMFT),我们研究了各向同性正方形和各向同性立方晶格之间的维度交叉。我们分析了从反铁磁到顺磁状态的相变,并观察到临界温度的显著变化:根据相互作用强度,各向异性可以导致抑制或增加。我们还研究了系统的局域化性质,如可压缩性和双占位性。使用局域密度近似结合DMFT,我们得出结论,密度分布可以用来检测上述各向异性驱动的转变。
2015-11-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Light scattering by ultracold atoms in an optical lattice
从理论上研究了光晶格中光子与超冷原子的线性光散射。一个完整的量子理论的原子-光子相互作用的Mott绝缘体-超流体相变的晶格中的原子状态的函数,和光子散射截面的能量和发射方向的函数进行评估。将该理论的预测与最近关于飞行时间测量中布拉格散射的工作的理论结果[A.M. Rey,{ \it et al.},A { \bf 72},023407(2005)]。我们表明,当执行布拉格光谱与光散射,光子反冲引起一个额外的原子网站跳跃,这可以干扰普通的物质波隧穿,并可以显着影响光子散射截面。
2009-12-03 cond-mat.quant-gas quant-ph
Orbital phases of $p$-band ultracold fermions in the frustrated triangular lattice
本文研究受挫三角晶格中p带无自旋超冷费米子的轨道量子相,通过实空间动力学平均场理论得到低温相图,并推导有效轨道交换模型解释竞争轨道序机制。
2024-07-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Realization of the Hofstadter Hamiltonian with ultracold atoms in optical lattices
我们演示了实验实现的光晶格,允许产生大的均匀和可调谐的人工磁场与超冷原子。使用激光辅助隧道在倾斜的光学势,我们工程师空间依赖的复杂的隧道振幅。因此,在晶格中跳跃的原子积累了相当于带电粒子在磁场中的Aharonov-Bohm相的相移。我们确定的局部分布的磁通量通过观察原子的回旋轨道的晶格斑,表明该系统所描述的Hofstadter模型。此外,我们还证明了对于两个具有相反磁矩的原子自旋态,我们的系统自然地实现了量子自旋霍尔效应下的时间反演对称哈密顿量,即,两个不同的自旋分量经历相反方向的磁场。
2013-09-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Emergent Mott insulators and non-Hermitian conservation laws in an interacting bosonic chain with noninteger filling and nonreciprocal hopping
研究了具有非互易跳跃的相互作用玻色子链的基态和量子动力学。与厄米对应物形成鲜明对比的是,由于非互易跳跃和在位相互作用之间的竞争,基态可以在非整数填充的系统中支持莫特绝缘体。对于量子动力学,非厄米特系统的守恒定律与厄米特系统的守恒定律有着明显的不同。特别地,对于任何与哈密顿算符交换的厄米算符,它的期望值在非厄米量子动力学中保证是不守恒的。为了系统地识别非厄米守恒定律,建立了一种构造具有全实谱的非厄米多体量子系统守恒量的通用方法,并以所研究的系统为例进行了具体说明.利用超冷原子在光晶格中的非互易跳跃,可以对非整数填充和非厄米守恒律系统中的莫特绝缘体进行直接的实验观察。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Ground states of 2D tilted dipolar bosons with density-induced hopping
受最近的实验的启发,超冷磁性原子被困在光晶格中的原子偶极子的取向可以完全由外场控制,我们研究了被困在一个二维晶格中的偶极玻色子的基态性质与密度诱导跳跃和偶极子是倾斜的沿$xz$平面。给出了上述体系在不同倾角下的基态相图。我们发现,随着偶极相互作用的增加,在半填充因子的超流相被破坏,有利于无论是棋盘或条纹固相的倾斜角$θ\lesssim 35.3^{\circ}$或$θ\gtrsim 35.3^{\circ}$分别。更有趣的物理现象发生在倾斜角$θ\gtrsim 58^{\circ}$,我们发现,随着偶极相互作用强度的增加,固相首先出现在填充因子低于$0.5$。此外,不同于在较低的倾斜角观察到的,我们发现,在半填充,条纹超固体之间的超流和条纹固相介入。
2021-11-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Realizing Altermagnetism in Fermi-Hubbard Models with Ultracold Atoms
本文提出在光晶格超冷费米子中通过各向异性次近邻跃迁的哈伯德模型实现d波交变磁相,给出Hartree-Fock相图,并证明可用阱膨胀实验探测其各向异性自旋输运特征。
2024-11-23 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Diffusive to non-ergodic dipolar transport in a dissipative atomic medium
我们研究了偶极介导的里德堡杂质通过超冷原子气体的输运。在一个实验中,我们通过将辅助里德伯态耦合到实现耗散介质的快速衰减态来连续探测系统。杂质的原位成像揭示了由探测激光的强度控制的扩散扩散。通过准备相同密度的跳跃伙伴,但随后关闭修整场,有效地冻结了扩散。这是一致的数值模拟表明,相干演化系统进入一个非遍历扩展阶段,由于无序。这为研究长程跳跃和可控耗散系统中的输运和局域化现象开辟了道路。
2018-09-20 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum scars of bosons with correlated hopping
最近对里德伯原子阵列的实验发现了异常缓慢的热化和持续的密度振荡的证据,这被解释为量子疤痕现象的多体模拟。周期性动力学和非典型疤痕本征态起源于“硬”动力学约束:相邻的里德伯原子不能同时被激发。在这里,我们提出了一个实现的量子多体疤痕在一维玻色晶格模型与“软”约束的形式密度辅助跳跃。我们讨论了这个模型与标准玻色-哈伯德模型的关系以及利用超冷原子的可能实验实现。我们发现该模型表现出与里德伯原子链类似的现象,包括高能量密度下的弱纠缠本征态和大量精确零能态的存在,具有独特的代数结构。
2020-06-03 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Non-Hermitian Skin Effect in Periodically-Driven Dissipative Ultracold Atoms
本研究针对超冷原子系统中实现非厄米趋肤效应需非互易跃迁的难题,提出利用周期驱动和交错损耗在一维光学晶格中实现该效应,揭示其机制并发现临界趋肤效应与拓扑隙内模,为相关研究提供可行方案。
2025-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Cooling of trapped ions by resonant charge exchange
两种最广泛使用的离子冷却方法是激光冷却和通过弹性碰撞(EC)的感应冷却。在这里,我们展示了另一种冷却离子的方法,该方法是基于被困离子和超冷母原子之间的共振电荷交换(RCE)。具体地,被捕获的Cs $^{+}$离子通过与共捕获的超冷Cs原子的碰撞以及分别通过与共捕获的超冷Rb原子的碰撞而冷却。我们观察到Cs原子对Cs $^{+}$离子的冷却比Rb原子对Cs $^{+}$离子的冷却更有效。这表明除了Cs-Cs $^{+}$情况下的弹性离子-原子碰撞通道之外,还存在一种冷却机制,即通过RCE冷却。通过实验确定了RCE的冷却效率,发现碰撞前冷却比EC冷却高两个数量级。这一结果为进一步研究原子-离子杂化系统中电子跳跃电荷输运提供了实验依据。
2018-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Ultracold Bosons with cavity-mediated long-range interactions: A local mean field analysis of the phase diagram
光晶格中的超冷玻色子原子在单模腔中被激光泵浦时,可以自组织成各种结构相和量子相。腔光机械效应在腔模波长处引起原子密度调制,其与光晶格布置竞争。同时,通过粒子跳跃的短程相互作用促进了超流秩序,使得各种结构和量子相干相可以发生。我们分析了新兴的相图在两个维度上的扩展玻色-哈伯德模型使用局部平均场方法结合超流集团分析。对于腔和外部晶格波长的相称比例的莫特绝缘体超流转变被修改的电荷密度波和超固相的外观,在那里的原子密度支持腔场的建立。对于无公度比,光机械力诱导玻色玻璃和超玻璃相的形成,即非超流和超流相,分别显示准周期性密度调制,这另外可以表现出结构和超流条纹的形成。这种结构的发病受到现场相互作用,是有利的分数密度。实验观测值的识别和讨论。
2016-06-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optimizing two-qubit gates for ultracold atoms using Fermi-Hubbard models
本文利用量子最优控制,基于费米-哈伯德模型优化超冷原子双量子比特门,通过数值优化晶格深度和散射长度,实现五倍更快的门速度,误差达10^-3,并发现需四至六个能带描述快速门动力学。
2025-06-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
Realization of Fractional Chern Insulators in the Thin-Torus-Limit with Ultracold Bosons
相互作用多体系统的拓扑态由于其基元激发的奇异性质而成为当前研究的热点。在本文中,我们提出了一个现实的实验装置实现这样一个阶段的一个简单的版本。我们展示了如何三角洲相互作用玻色子跳跃的链接的一维(1D)的梯子可以用来模拟薄环极限的二维(2D)的Hofstadter-哈伯德模型在四分之一的磁通量每个元格。玻色子可以被光学超晶格限制在阶梯形结构中,而合成磁场可以通过远离共振的拉曼光束来实现。我们表明,扭曲的边界条件可以实现,实现分数量化的无源泵浦。利用数值密度矩阵重整化群(DMRG)计算,我们证明了该模型的基态是一个不可压缩的拓扑电荷密度波(CDW)相,与相应的二维模型的1/2 Laughlin型态有关,每个晶格点平均填充$ρ= 1/8$.
2014-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Dimensionality effect on exceptional fermionic superfluidity with spin-dependent asymmetric hopping
本文利用非厄米BCS理论研究了准一维吸引费米-哈伯德模型中维度对例外超流稳定性的影响,发现从弱耦合链到一维极限的维度渡越会改变例外超流相的存在与稳定性,揭示了维度与耗散之间的相互作用。
2025-09-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Realization of density-dependent Peierls phases to engineer quantized gauge fields coupled to ultracold matter
出现在高能和凝聚态物理模型中的规范场,由于它们与物质场的耦合,是动态量子自由度。由于这些强关联系统的动力学很难计算,因此有人提出在量子模拟平台中实现这种基本的耦合机制,最终目标是模拟格点规范理论。在这里,我们实现了一个依赖于密度的规范场作用于超冷费米子在光晶格的工程非平凡的Peierls阶段,取决于现场占领的基本成分。我们提出并实现了一个Floquet计划,依赖于打破时间反演对称性(TRS)同时驱动晶格在两个频率是共振的现场相互作用。这诱导了在振幅和相位上可控的密度辅助隧穿过程。我们展示了在哈伯德二聚体的技术,以量化的幅度,并直接测量Peierls相位相对于单粒子跳跃。隧道耦合具有两个不同的制度作为调制幅度的函数,其特征在于由一个$\mathbb{Z}_2$不变。此外,我们提供了一个完整的断层扫描的螺旋结构的Peierls相周围的狄拉克点,出现在驱动参数空间。
2020-03-02 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Quantum Battery with Ultracold Atoms: Bosons vs. Fermions
我们设计了一个由玻色子或费米子组成的量子电池,在一个超冷原子的设置,费米-哈伯德和玻色-哈伯德模型,分别描述。我们比较了玻色子和费米子的性能,以确定在特定的现场相互作用和初始状态温度下,哪一种可以更有效地充当量子电池。量子电池的性能通过在现场充电哈密尔顿算子下的演变过程中每单位时间存储的最大能量来量化。我们报告说,当电池的初始状态是在基态,费米子优于玻色子在一定的配置在一个大范围的现场相互作用,分析显示为一个较小数量的晶格网站和数值相当数量的网站。当初态温度较高时,玻色子占主导地位,产生较长范围的在位相互作用。我们研究了一些向上和向下的费米子以及每个站点的玻色子的数量,以找到最佳的填充因子,最大化电池的平均功率。我们还介绍了在现场和跳跃参数的混乱,并证明了最大平均功率是强大的杂质。此外,我们确定了一系列的调谐参数的费米子和玻色子系统中观察到的无序增强的功率。
2022-09-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Delocalization and superfluidity of ultracold bosonic atoms in a ring lattice
在截断多体空间中,通过精确对角化研究了具有周期性准一维圆环晶格势的小系统中玻色原子的性质。多体哈密顿量的展开被认为是在第一带的布洛赫函数,并没有关于限制最近邻跳跃(紧束缚近似)的假设。有限尺寸版本的零温度相图的Fisher等。\cite{Fisher}得到的结果,在显着的定量对应的结果可用于较大的系统,进行了讨论。在双流体唯象学的背景下研究了与超流性有关的基态性质。在实验室坐标系中,由与小旋转角速度相关的固有惯性组成的基本工具被用来数值地获得基态“超流分数”。在所采用的几何形状的情况下,它们与一体的均匀螺线管电流解析地相关联。这些电流一般是来自相关的约化单体密度的每个本征态的贡献的非相干叠加,以相应的占据数作为权重。因此,只有当所有玻色子只占据一个本征态时,才会发生完全相干。所获得的数值的超流分数保持小的整个参数区域对应的“莫特绝缘体超流”的过渡,并饱和在统一的晶格是完全平滑。
2013-10-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Staggered superfluid phases of dipolar bosons in two-dimensional square lattices
研究了二维正方晶格中超冷玻色子的量子基态。玻色子通过排斥偶极相互作用和s波散射相互作用。动力学用扩展的玻色-哈伯德模型描述,包括偶极相互作用引起的关联跳跃,系数由二次量子化哈密顿量用Wannier展开得到。我们确定的相图中使用的Gutzwiller的相关跳跃项的系数是负的,可以干扰由于单粒子效应的隧穿的制度的anastrophic。我们表明,这种干扰引起交错的超流和超固相在消失的动能,而我们确定的参数区域在有限的动能的相位是不可压缩的。我们比较的结果与得到的相图与集群Gutzwiller的方法和结果发现在一维使用DMRG。
2020-11-27 cond-mat.quant-gas quant-ph
Emerging Bosons with Three-Body Interactions from Spin-1 Atoms in Optical Lattices
我们研究了晶格中通过无限三体接触排斥相互作用的两个多体玻色子系统:由相关跳跃和普法夫波函数的离散版本诱导的对准凝聚。我们建议实验实现系统的特点是通过适当的自旋1晶格哈密顿的相互作用:自旋自由度局部映射到新兴玻色子的占领数,以类似的方式自旋1/2和硬核玻色子。这样的系统可以用自旋为1的超冷原子在填充因子为1的莫特绝缘体中实现。这些设置的高度通用性使我们能够设计破坏SU(2)对称性的自旋跳跃算子,根据需要近似具有三体硬核约束的有趣的玻色子哈密顿算子。为此,我们结合双色自旋无关超晶格和拉曼跃迁,以诱导不同的跳跃率为每个自旋取向。最后,我们说明了我们的设置可以用来实验实现第一个设置,即过渡到一对准凝聚相的新兴玻色子。我们还报告了实现离散玻色子Pfronian波函数的路线,并列出了一些开放的问题,以达到这一目标。
2010-07-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con quant-ph
Phase diagram of non-Hermitian BCS superfluids in a dissipative asymmetric Hubbard model
该研究针对非厄米吸引费米-哈伯德模型,通过NH BCS理论分析发现弱跳跃不对称不影响超流性,明确了态密度奇点对正常态与耗散诱导超流态相边界的影响,且结果可在超冷原子系统中验证。
2024-11-26 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Finite temperature tensor network study of the Hubbard model on an infinite square lattice
哈伯德模型是强关联电子理论中一个长期存在的问题,也是超冷费米子原子实验中一个非常活跃的问题。受当前和未来的量子模拟的启发,我们应用了一个二维张量网络,一个无限的投影纠缠对状态,通过直接在热力学极限下工作的邻域张量更新算法在虚时间中演化。在U(1)xU(1)对称性和键维数高达29的情况下,我们产生的热态的温度低至0.17倍的跳跃率。我们得到的结果自旋和电荷双折射,不受边界效应。在试图接近热力学极限的前瞻性超冷原子实验中,可测量的自旋反铁磁因子提供了在轻微掺杂的哈伯德模型中移动空穴破坏反铁磁背景的证据。电荷倍增器揭示了半填充附近空穴-双光子对的存在和掺杂时空穴-空穴排斥的特征。我们还获得了在轻微掺杂制度的比热。
2022-10-29 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Quantum simulation of exotic PT-invariant topological nodal loop bands with ultracold atoms in an optical lattice
由于PT对称性在物理学中具有重要的意义,PT是空间反演P和时间反演T的组合运算,因此对奇异的PT不变量拓扑金属进行完全分类和物理实现是非常重要和有趣的。在这里,我们,第一次,建立一个严格的分类拓扑金属的PT对称性保护使用KO理论。作为一个物理实例,构造了三维布里渊区中的PT不变节环模型,通过其PT对称保护的非平凡Z2拓扑荷揭示了其拓扑稳定性.在此基础上,我们提出了一个实现和探测光晶格中PT不变拓扑NL态的实验方案,该方案是将具有两个超精细自旋态的原子加载到一个自旋相关的3D光学晶格中,并利用两对Raman激光产生具有位置相关相位的面外自旋翻转跳跃.这样一个现实的冷原子设置可以产生拓扑NL状态,具有可调的环形带接触线的双重简并的体光谱和非平凡的表面状态。即使在P和T对称性都不存在的情况下,这些状态实际上也受到组合PT对称性的保护,并且其特征在于Z2型不变量(量子化的Berry相位)。值得注意的是,我们用数值模拟证明了:(i)特征NL可以通过测量布洛赫-齐纳振荡中的原子转移分数来检测;(ii)拓扑不变量可以基于飞行时间成像来测量;以及(iii)表面状态可以通过布拉格光谱来探测。本文提出的在冷原子系统中实现拓扑NL态的方案为探索奇异PT不变拓扑物理提供了一个独特的实验平台。
2016-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum phases of hardcore bosons with repulsive dipolar density-density interactions on two-dimensional lattices
本研究利用经典自旋平均场方法分析了二维格点上具有排斥性偶极相互作用的硬核玻色子的基态量子相图,揭示了其在不同跃迁振幅下从固体相到超固态相再到超流态的转变,并验证了其在模拟量子模拟器实验中的相关性。
2024-09-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Experimental realization of strong effective magnetic fields in an optical lattice
我们利用光学超晶格中的拉曼辅助隧穿效应为超冷原子产生了大的可调谐有效磁场。当在晶格中跳跃时,原子的累积相移相当于暴露于大幅度的交错磁场的带电粒子的Aharonov-Bohm相位,大约每个元格一个通量量子。我们研究了该系统的基态,观察到磁场引起的挫折可以导致非相互作用粒子的简并基态。我们提供了一个测量拉曼诱导隧穿获得的本地相位,证明时间反演对称性破缺的基础哈密顿量。此外,还直接揭示了晶格中单原子在磁场作用下的量子回旋轨道。
2011-10-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Damping transition in an open generalized Aubry-André-Harper model
研究了Lindblad主方程控制下的周期序和非周期序开放系统的单粒子关联的阻尼动力学。在不存在非周期序的情况下,Liouvillian超算子表现出非厄米趋肤效应,这导致单向阻尼动力学,被称为“手征阻尼”。由于非厄米集肤效应,阻尼动力学是边界敏感的:这种开放系统的长时间阻尼在周期边界条件下是代数的,但在开放边界条件下是指数的。我们揭示了包含跳跃幅度调制的相变。在公度情形下,利用谱拓扑和有限尺寸标度分析,我们证明了存在非Bloch反宇称时间对称性破缺的趋肤效应相变.对于无公度的情况下,我们发现更丰富的阶段与共存的非厄米集肤效应和安德森局域化,这是由广义迁移率边缘分开。我们揭示了作为相变的结果的阻尼动力学的转变。此外,我们还提出了一种利用耗散动量晶格中的超冷原子来实现和检测阻尼动力学的可能方案。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph