[論文レビュー] Orbital-driven melting of a bosonic Mott insulator

Christoph Sträter, André Eckardt|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2014

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

ひとこと要約

本論文は、1次元光学ラティス内の強い相互作用を示すボソン系を検討し、共鳴的周期的駆動が2つの最低エネルギーブローチューバンドを coherent に結合させることで、軌道駆動型のモット絶縁体〜スーパーフルイド転移を誘発することを示している。この転移は、ラティスの深さと占有数に応じて、キネティックフラストレーションのため連続的または一次相転移となり得る。これにより、軌道混成を介したチューナブルな量子相転移が実現される。

ABSTRACT

In order to study the interplay between localized and dispersive orbital states in a system of ultracold atoms in an optical lattice, we investigate the possibility to coherently couple the lowest two Bloch bands by means of resonant periodic forcing. Considering bosons in one dimension, it is shown that a strongly interacting Floquet system can be realized, where at every lattice site two (and only two) near-degenerate orbital states are relevant. By smoothly tuning both states into resonance we find that the system can undergo an orbital-driven Mott-insulator-to-superfluid transition. As an intriguing consequence of the kinetic frustration in the system, this transition can be either continuous or first-order, depending on parameters such as lattice depth and filling.

研究の動機と目的

• 超冷却原子の光学ラティスにおける局在状態と分散的軌道状態の相乗作用を調査すること。
• 共鳴的周期的駆動による最低2つのブローチューバンドのcoherent結合がmany-body量子相に与える影響を調査すること。
• このような結合が、連続的または一次相転移を示すモット絶縁体〜スーパーフルイド転移を駆動できるかどうかを特定すること。
• キネティックフラストレーションが量子相転移の性質をどのように決定するかを検討すること。

提案手法

• 1次元光学ラティスにおいて、最低2つのブローチューバンドをcoherentに結合させるために共鳴的周期的駆動を適用する。
• 各格子サイトに2つの関連する軌道状態を持つ、強い相互作用を示すフロケハミルトニアンとして系をモデル化する。
• ボソンは、2つの近いdegenerateな軌道状態のみが関係する1次元ラティスに閉じ込められる。
• 2つの軌道状態を滑らかに共鳴状態に調節することで、有効な hopping および相互作用パラメータを制御できる。
• 平均場アプローチを用いた理論的解析により、相図および転移の順序を研究する。
• ラティス深さと占有数が転移の性質に与える影響を体系的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最低2つのブローチューバンドのcoherent結合が、強い相互作用を示すボソン系においてモット絶縁体〜スーパーフルイド転移を誘発できるか？
• RQ2 軌道混成に起因するキネティックフラストレーションが、量子相転移の性質にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ラティス深さと粒子占有数が、転移が連続的か一次的かを決定づける役割を果たすか？
• RQ4 外部からの軌道共鳴制御により、転移を連続的および一次的挙動の間でチューニングできるか？

主な発見

• 系は、ブローチューバンドの共鳴的周期的駆動によって誘発される軌道駆動型のモット絶縁体〜スーパーフルイド転移を示す。
• キネティックフラストレーションのため、ラティス深さと占有数に応じて、転移は連続的または一次的となる。
• 最低2つのブローチューバンドのcoherent結合により、相転移の性質を有効に制御可能となる。
• 1サイトあたり2つの近いdegenerateな軌道状態の存在が、チューナブルな量子臨界性を示す豊かな相図をもたらす。
• 転移は従来のトンネル遷移ではなく、軌道混成によって駆動されるため、内部自由度が量子相転移に与える役割が強調される。
• 系は、発現的量子臨界性を示す強相関フロケハミルトニアンを実現する。