[論文レビュー] Quantum phases of two coupled XXZ spin chains: A DMRG study

Bradraj Pandey, Supervisor Dr. Subhasis Sinha+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2014

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

ひとこと要約

本研究では、密度行列縮約群（DMRG）法を用いて、反強磁性的な鎖間結合を有する2つの結合した一次元XXZスピン鎖における量子相の特性を調査した。従来の超伝導相や電荷密度波相を超える、ペア超伝導相および強く結合したペアの密度波相といった新しい相を同定し、超冷却ダイポールガスにおいてこれらの相を実現する理論的枠組みを提供した。

ABSTRACT

We consider hardcore bosons in two coupled chain of one dimensional lattices at half filling with repulsive intra-chain interaction and inter-chain attraction. This can be mapped on to a coupled chain of spin-1/2 XXZ model with inter chain ferromagnetic coupling. We investigate various phases of hardcore bosons (and related spin model) at zero temperature by density matrix renormalization group method. Apart from the usual superfluid and density wave phases, pairing of inter chain bosons leads to the formation of novel phases like pair-superfluid and density wave of strongly bound pairs. We discuss the possible experimental realization of such correlated phases in the context of cold dipolar gas.

研究の動機と目的

• 反強磁性的な鎖内相互作用および引力的鎖間相互作用を有する2つの結合した一次元XXZスピン鎖における量子相を調査すること。
• 標準的な超伝導相および密度波状態を超える、非従来型の量子相の出現を理解すること。
• ハードコアボソン系を反強磁性的な鎖間結合を有するスピン1/2 XXZモデルに写像することで理論的解析を行うこと。
• このスピンモデル写像を用いて、超冷却ダイポール原子系ガスにおいて実験的に観測可能な相を同定すること。
• DMRGシミュレーションを用いて、零温度における相関した相の包括的相図を提供すること。

提案手法

• 零温度における結合XXZスピン鎖モデルの基底状態特性を調査するために、密度行列縮約群（DMRG）法を用いる。
• 鎖内に反強磁性的相互作用、鎖間に引力的相互作用を有する2鎖格子上のハードコアボソン系を、反強磁性的な鎖間結合を有するスピン1/2 XXZモデルに写像する。
• DMRGを用いて、秩序パラメータ、相関関数、エネルギースペクトルを計算し、異なる量子相を区別する。
• 超伝導性、電荷秩序、鎖間ペア形成の競合を調べるため、半分充填状態での系の解析を行う。
• ペア超伝導相や束縛ペア密度波相のような新しい相の安定性と性質を、相関関数およびペア相関関数を用いて評価する。
• 既知の相と比較することで、非従来型ペア形成および秩序の特徴を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反強磁性的な鎖内相互作用および反強磁性的な鎖間結合を有する2つの結合したXXZスピン鎖系で、どのような量子相が出現するか？
• RQ2 鎖間ペア形成は、従来の超伝導相および密度波状態を超える、新しい量子相の形成にどのように寄与するか？
• RQ3 この系におけるペア超伝導相および束縛ペア密度波相の特徴的な識別的特徴は何か？
• RQ4 これらの相は、超冷却ダイポールガスのような実験的に観測可能な系で実現可能か？
• RQ5 DMRGフレームワークにおいて、相互作用強度を変化させた際、相境界および秩序パラメータはどのように変化するか？

主な発見

• 標準的な一次元モデルに従い、従来の超伝導相および電荷密度波相が観測された。
• 標準的相に加えて、ペア超伝導相および強く結合したペアの密度波相といった新しい相がモデルで支持されている。
• ペア超伝導相はボソンの鎖間ペア形成に起因し、ペア相関関数における長距離非対角秩序を示す。
• 強く結合したペアの密度波は、2つの格子定数の波長を持つペア密度の周期的変調によって特徴づけられる。
• これらの新しい相は、反強磁的な鎖内相互作用と引力的鎖間相互作用の競合に起因し、半分充填状態で安定化される。
• 結果から、2次元光学格子に閉じ込められた超冷却ダイポールガスは、ダイポール相互作用の調整により、これらの相を実現可能であると示唆された。