[論文レビュー] Effects of extended correlated hopping in a bose-bose mixture

Julia Stasińska, Ravindra W. Chhajlany+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2019

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、2成分ボーズ・ハーバード模型における拡張された相関付きトンネル効果を調査し、クラスターメンフィールド理論、正確対角化、および解析的手法を用いて、豊かな相図を明らかにした。単粒子トンネルと相関付きトンネルの相互作用によって駆動されるペア超伝導相と、強い相関付きトンネルによって誘発される超伝導量子ドロット相を同定した。

ABSTRACT

We study the effects of assisted tunneling or correlated hopping between next nearest neighbours in a two species Bose-Hubbard system. The system is the bosonic analong of the fermionic system studied in Phys. Rev. Lett. {\bf 116}, 225303 (2016). Using a combination of cluster mean field theory, exact diagonlization and analytical results, a rich phase diagram is determined including a pair superfluid phase as well as a superfluid quantum droplet phase. The former is the result of the interplay between single particle and correlated hopping, while the latter is the effect of large correlated hopping.

研究の動機と目的

• 次近隣遷移における補助トンネルを含む拡張された相関付きトンネルが、2種類のボーズ＝ハーバード系の量子相に与える影響を理解すること。
• 相関付きトンネルがボース系混合系における超伝導性とどのように競合または強化されるかを、以前に研究されたフェルミ系系と類似する形で探求すること。
• 相互作用およびトンネルパラメータを変化させた際の、系の完全な量子相図をマッピングすること。
• 特に強い相関付きトンネルによって駆動される、新しい量子相、特に超伝導量子ドロット相を同定すること。

提案手法

• 自己無撞着な方法で多体基底状態を近似するために、クラスターメンフィールド理論を用いる。
• 小規模なクラスタで正確対角化を用いて相転移の検証と低エネルギー準位スペクトルの抽出を行う。
• 有効ハミルトニアンを導出するための解析的手法を適用し、相関付きトンネル項の役割を理解する。
• 局所反発、近隣、および次近隣遷移を変化させることで、相図をマッピングする。
• ペア相関と超伝導秩序パラメータの出現を分析し、異なる量子相を同定する。
• 複数の手法の結果を比較することで、相同定の整合性と頑健性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次近隣遷移における相関付きトンネルは、ボーズ＝ボーズ混合系における超伝導相の安定性と性質にどのように影響するか？
• RQ2 単粒子トンネルと相関付きトンネルの相互作用が、ペア超伝導相を安定化させる役割を果たすか？
• RQ3 強い相関付きトンネルが超伝導量子ドロット相の形成を引き起こす可能性があり、その特徴は何か？
• RQ4 相関付きトンネルの強さが増加するに従い、相境界と秩序パラメータはどのように変化するか？
• RQ5 得られた結果は、以前に研究されたフェルミ系アナログとどの程度一致または相違するか？

主な発見

• 単粒子トンネルと相関付きトンネルの相互作用によってペア超伝導相が出現し、2種類のボース粒子種間にペア相関が特徴づけられる。
• 強い相関付きトンネルにおいて、自己束縛された超伝導ドロットを形成する明確な超伝導量子ドロット相が同定された。この相では、密度相関が強化されている。
• 相図は、複数の超伝導相および絶縁相を含み、特定のパラメータ領域で再入化行動を示す、複雑な構造を持つ。
• 正確対角化の結果、超伝導相にギャップなしモードが存在することが確認され、ゴールドストーンモードの振る舞いと整合的である。
• クラスターメンフィールド理論は、特に強い相関領域において、相境界と秩序パラメータのプロファイルを正確に捉えている。
• 超伝導ドロット相は、外部の閉じ込めがなくても、相関付きトンネルによって誘導される有効な引力的相互作用によって安定化される。