[논문 리뷰] Quantum phases of two coupled XXZ spin chains: A DMRG study

Bradraj Pandey, Supervisor Dr. Subhasis Sinha외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 23.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 밀도 매트릭스 배치 최적화(DMRG) 방법을 사용하여 반강성 상호작용을 가진 두 개의 결합된 일차원 XXZ 스핀 체인에서 양자 상을 연구한다. 전통적인 초류체 및 전하 밀도 파동 상을 넘어서는 새로운 상, 즉 쌍 초류체와 강하게 결합된 쌍의 밀도 파동 상을 규명하며, 이는 초냉각 이방성 기체에서 이러한 상을 실현하기 위한 이론적 프레임워크를 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 상호작용이 상쇄되는 일차원 XXZ 스핀 체인 두 개의 결합계에서 양자 상을 탐색하기.
• 표준 초류체 및 밀도 파동 상태를 넘어서는 비표준 양자 상의 발생을 이해하기.
• 고경직성 보존계를 반강성 상호작용을 가진 스핀-1/2 XXZ 모형으로 매핑하여 이론적 분석을 수행하기.
• 이 스핀 모형 매핑을 통해 초냉각 이방성 원자 기체에서 실험적으로 접근 가능한 상을 규명하기.
• DMRG 시뮬레이션을 사용하여 0온도에서 상호작용된 상의 상도를 종합적으로 제공하기.

제안 방법

• 0온도에서 결합된 XXZ 스핀 체인 모형의 기초 상태 성질을 연구하기 위해 밀도 매트릭스 배치 최적화(DMRG) 방법을 사용한다.
• 상호작용이 상쇄되는 일차원 두 개의 체인에 존재하는 고경직성 보존계를 반강성 상호작용을 가진 스핀-1/2 XXZ 모형으로 매핑한다.
• 다양한 양자 상을 구분하기 위해 DMRG를 사용하여 순서 매개변수, 상관 함수 및 에너지 스펙트럼을 계산한다.
• 초류체, 전하 정렬, 상호체인 쌍화의 경쟁을 탐색하기 위해 반만포화 조건에서 시스템을 분석한다.
• 쌍 초류체 및 결합된 쌍의 밀도 파동과 같은 새로운 상의 안정성과 성격을 상관 및 쌍화 상관을 통해 평가한다.
• 기존의 알려진 상들과의 비교를 통해 비표준 쌍화 및 질서의 특징을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상호작용이 상쇄되는 일차원 XXZ 스핀 체인 두 개의 결합계에서 어떤 양자 상이 나타나는가?
• RQ2 상호체인 쌍화는 전통적인 초류체 및 밀도 파동 상태를 넘어서는 새로운 양자 상 형성에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 이 시스템에서 쌍 초류체 및 결합된 쌍의 밀도 파동 상의 특징적인 특성은 무엇인가?
• RQ4 이러한 상들은 초냉각 이방성 기체와 같은 실험적으로 접근 가능한 시스템에서 실현될 수 있는가?
• RQ5 DMRG 프레임워크에서 상호작용 강도를 변화시킬 때 상 경계와 순서 매개변수의 변화는 어떻게 되는가?

주요 결과

• 표준 일차원 모형에서 예상되는 바와 같이 전통적인 초류체 및 전하 밀도 파동 상이 나타난다.
• 표준 상 이외에도 쌍 초류체 및 강하게 결합된 쌍의 밀도 파동 상과 같은 새로운 상이 모형에 의해 지지된다.
• 쌍 초류체 상은 보존의 상호체인 쌍화로 인해 쌍 상관 함수에서 장거리 비대칭 순서가 발생한다.
• 강하게 결합된 쌍의 밀도 파동 상은 격자 간격의 두 배에 해당하는 파장으로 주기적인 쌍 밀도 조절을 특징으로 한다.
• 이러한 새로운 상들은 상호작용이 상쇄되는 일차원 상호작용과 상호체인 인력 상호작용의 경쟁으로 인해 반만포화 조건에서 안정화된다.
• 결과는 이방성 상호작용 조절을 통해 이중차원 광학 격자에 존재하는 초냉각 이방성 기체가 이러한 상호작용된 상을 실현할 수 있음을 시사한다.