[논문 리뷰] Orbital-driven melting of a bosonic Mott insulator

Christoph Sträter, André Eckardt|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 28.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 1차원 광학 격자에서 강하게 상호작용하는 보스온 시스템을 연구하며, 공명 주기적 외부 힘이 두 낮은 블로흐 밴드를 위상적으로 결합하여 궤도에 기반한 모트 절연체-초유체 전이를 유도한다. 전이는 격자의 깊이와 점유도에 따라 운동 에너지의 난류로 인해 연속적 또는 1차 전이가 될 수 있으며, 궤도 혼성화를 통해 조절 가능한 양자 상전이를 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 초냉각 원자에서 국소화된 상태와 분산 상태의 궤도 상태 간의 상호작용을 탐구하기 위해.
• 공명 주기적 외부 힘에 의해 두 낮은 블로흐 밴드가 위상적으로 결합할 경우 많은 몸체 양자 상이 어떻게 영향을 받는지 조사하기 위해.
• 이러한 결합이 연속적 또는 1차 전이로 특징지어지는 모트 절연체-초유체 전이를 일으킬 수 있는지 확인하기 위해.
• 운동 에너지의 난류가 양자 상전이의 성격을 결정하는 데 어떤 역할을 하는지 검토하기 위해.

제안 방법

• 1차원 광학 격자에서 두 낮은 블로흐 밴드를 위상적으로 결합하기 위해 공명 주기적 외부 힘을 적용한다.
• 각 격자 위치에서 두 개의 관련 궤도 상태를 갖는 강하게 상호작용하는 플로케트 해밀토니안으로 시스템을 모델링한다.
• 보스온은 오직 각 위치에서 두 개의 근접한 디세너지 궤도 상태만 고려되는 1차원 격자에 갇혀 있다.
• 두 궤도 상태를 부드럽게 공명 상태로 조절함으로써 효과적인 터널링 및 상호작용 계수를 제어할 수 있다.
• 상전이의 성질과 전이의 순서를 연구하기 위해 평균장 접근법을 사용한 이론적 분석을 수행한다.
• 격자 깊이와 점유도가 전이 성격에 미치는 영향을 체계적으로 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 낮은 블로흐 밴드의 위상적 결합이 강하게 상호작용하는 보스온 시스템에서 모트 절연체-초유체 전이를 유도할 수 있는가?
• RQ2 궤도 혼성화에 기인한 운동 에너지의 난류가 양자 상전이의 성격에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 격자 깊이와 입자 점유도는 전이가 연속적인지 1차적인지 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 외부적으로 궤도 공명를 제어함으로써 전이가 연속적과 1차 전이 행동 사이에서 조절될 수 있는가?

주요 결과

• 공명 주기적 외부 힘에 의해 두 낮은 블로흐 밴드가 위상적으로 결합함으로써 궤도에 기반한 모트 절연체-초유체 전이가 발생한다.
• 운동 에너지의 난류로 인해 격자 깊이와 점유도에 따라 전이가 연속적 또는 1차 전이가 될 수 있다.
• 두 낮은 블로흐 밴드의 위상적 결합은 전이 성격을 효과적으로 제어할 수 있다.
• 각 위치에 근접한 두 궤도 상태의 존재는 조절 가능한 양자临계 현상을 포함하는 풍부한 상도를 이끈다.
• 전이는 전통적인 터널링이 아니라 궤도 혼성화에 의해 유도되며, 내부 자유도가 양자 상전이에 미치는 영향을 강조한다.
• 시스템은 잠재적인 양자临계 행동을 보이는 강한 상호작용 플로케트 해밀토니안을 실현한다.