[논문 리뷰] The Realization and Dectection of Weyl Semimetals in Cold Atomic Systems

Wen‐Yu He, Shizhong Zhang외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 10.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 라만 레이저를 통해 다중층 허브본 광학 격자 간의 결합을 통해 초냉각 원자 시스템에서 3D 와일 세미메탈 상을 실현하는 방법을 제안한다. 각 층에서 라만 레이저는 카이너 인산제 상태를 유도하며, 유한한 다층 간 결합은 라만 보조 터널링으로 인해 특정 운동량에서 부피 격차를 닫게 하여 와일 점의 존재를 가능하게 한다. 실험적으로 조절 가능한 결합 강도를 통해 한 쌍 또는 두 쌈의 와일 점을 실현할 수 있으며, 와일 점에서 전이 확률이 증가하는 라만-젠너 터널링을 감지 방법으로 제안한다.

ABSTRACT

In this work, we describe a method to realize 3D Weyl semimetal by coupling multilayers of honeycomb optical lattice in the presence of a pair of Raman lasers. The Raman lasers render each isolated honeycomb layer a Chern insulator. With finite interlayer coupling, the bulk gap of the system closes at certain out-of-plane momenta due to Raman assisted tunnelling and result in the Weyl semimetal phase. Using experimentally relevant parameters, we show that both one and two pairs of Weyl points can be realized by tuning the interlayer coupling strength. We suggest that Landau-Zener tunnelling can be used to detect Weyl points and show that the transition probability increases dramatically when Weyl point emerges.

연구 동기 및 목표

• 초냉각 원자에서 광학 격자에 의한 3D 와일 세미메탈의 실현 가능성을 제안하는 현실적인 양자 시뮬레이션 플랫폼을 제공한다.
• 다층 간 결합과 라만 레이저가 특정 운동량에서 부피 격차를 닫아 와일 세미메탈 상으로 이어지는 방식을 설명한다.
• 다층 간 결합 강도를 조절하여 와일 점의 수와 위치를 제어할 수 있음을 보여준다.
• 와일 점의 존재를 감지할 수 있는 라만-젠너 터널링을 제안한다.

제안 방법

• 다양한 두 차원 허브본 광학 격자를 결합하여 3D 시스템을 구성한다.
• 각 층에 라만 레이저 쌍을 적용하여 비자명한 양자 홀 효과를 보이는 카이너 인산제 상태를 유도한다.
• 라만 보조 터널링을 통한 유한한 다층 간 터널링을 도입하여 반전 대칭성을 깨고, 특정 외부 평면 운동량에서 격차가 닫히게 한다.
• 실험적으로 실현 가능한 매개변수를 사용하여 다층 간 결합 강도를 조절하고 와일 점의 수를 제어한다.
• 라만 유도 복소 터널링 항을 포함한 타이트 바인딩 해밀토니안으로 시스템을 모델링한다.
• 전이 확률이 와일 점이 존재할 때 급격히 증가하므로, 라만-젠너 터널링을 탐지 수단으로 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 결합된 광학 격자를 사용하여 초냉각 원자 시스템에서 3D 와일 세미메탈 상을 실현할 수 있는가?
• RQ2 다층 간 결합 강도는 와일 점의 수와 위치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 라만 보조 터널링은 부피 격차를 닫고 와일 세미메탈 행동을 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 시스템에서 라만-젠너 터널링은 와일 점의 존재를 감지할 수 있는 명백한 서명이 될 수 있는가?
• RQ5 현실적인 매개변수를 사용하여 한 쌍 또는 두 쌍의 와일 점으로 실험적으로 전환 가능할 수 있는가?

주요 결과

• 유한한 다층 간 결합이 존재할 경우 특정 외부 평면 운동량에서 부피 격차가 닫혀 3D 와일 세미메탈 상이 발생한다.
• 다층 간 결합 강도를 조절하여 한 쌍 또는 두 쌍의 와일 점을 실험적으로 실현 가능한 매개변수 범위에서 실현할 수 있다.
• 라만 보조 터널링은 3D 밴드 구조에서 격차 닫힘과 와일 노드 형성에 필수적이다.
• 와일 점이 존재할 경우 라만-젠너 터널링 전이 확률이 크게 증가하여 감지 가능한 서명으로서의 가능성을 보여준다.
• 현실적인 실험 조건 하에서 안정된 와일 점을 포함한 위상적으로 비자명한 상이 실현된다.