[논문 리뷰] Effects of extended correlated hopping in a bose-bose mixture

Julia Stasińska, Ravindra W. Chhajlany외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 31.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 이중 성분 보즈-ฮับ버드 모형에서의 확장된 상관 운동을 조사하여 군집 평균장 이론, 정확한 대각화 및 분석적 방법을 통해 풍부한 상도도를 규명한다. 단일 입자 및 상관 운동 간의 상호작용에 의해 유도되는 쌍 초유체 상과 강한 상관 운동에 의해 유도되는 초유체 양성체 상을 규명한다.

ABSTRACT

We study the effects of assisted tunneling or correlated hopping between next nearest neighbours in a two species Bose-Hubbard system. The system is the bosonic analong of the fermionic system studied in Phys. Rev. Lett. {\bf 116}, 225303 (2016). Using a combination of cluster mean field theory, exact diagonlization and analytical results, a rich phase diagram is determined including a pair superfluid phase as well as a superfluid quantum droplet phase. The former is the result of the interplay between single particle and correlated hopping, while the latter is the effect of large correlated hopping.

연구 동기 및 목표

• 이중 성분 보즈-하브버드 시스템의 양자 상에 미치는 확장된 상관 운동—특히 제2근접 이웃 간 보조 터널링—의 영향을 이해하기 위해.
• 이전에 연구된 페르미온계와 유사하게 상관 운동이 보스성 혼합계에서 초유체성과 어떻게 경쟁하거나 강화되는지 탐구하기 위해.
• 상호작용 및 운동 매개변수의 변화에 따라 시스템의 전체 양자 상도도를 매핑하기 위해.
• 특히 강한 상관 운동에 의해 유도되는 초유체 양성체 상과 같은 새로운 양자 상을 규명하기 위해.

제안 방법

• 자기적으로 일관된 방식으로 many-body 기본 상태를 근사하기 위해 군집 평균장 이론을 적용하기 위해.
• 상전이의 유효성과 저에너지 스펙트럼 추출을 위해 작은 군집에서의 정확한 대각화를 사용하기 위해.
• 효과적 하미르토니안 유도 및 상관 운동 항의 역할 이해를 위해 분석적 접근을 적용하기 위해.
• 서로 다른 온사이트 반발력, 근접 이웃 및 제2근접 이웃 운동 매개변수 조절을 통해 상도도를 매핑하기 위해.
• 서로 다른 양자 상을 식별하기 위해 쌍 상관 및 초유체 오더 파라미터의 발생을 분석하기 위해.
• 다양한 방법의 결과를 비교하여 상 식별의 일관성과 강건성을 확보하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제2근접 이웃 간 상관 운동이 보즈-보즈 혼합계에서 초유체 상의 안정성과 성격에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 단일 입자 터널링과 상관 운동 간의 상호작용이 쌍 초유체 상을 안정화시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 강한 상관 운동이 초유체 양성체 상을 형성할 수 있으며, 그 특징은 무엇인가?
• RQ4 상관 운동 강도가 증가함에 따라 상 경계선과 오더 파라미터는 어떻게 변화하는가?
• RQ5 이전에 연구된 페르미온계의 유사 사례와 비교해 결과의 일치 또는 차이 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 단일 입자 터널링과 상관 운동 간의 상호작용에 의해 쌍 초유체 상이 나타나며, 이는 두 보즈 입자 종류 간의 쌍 상관에 의해 특징지어진다.
• 강한 상관 운동에서 특별한 초유체 양성체 상이 식별되었으며, 이는 밀도 상관이 강화된 자가결속 초유체 양성체를 형성한다.
• 상도도는 여러 초유체 및 절연체 상을 포함한 풍부한 구조를 보이며, 특정 매개변수 영역에서는 재진입 행동을 보인다.
• 정확한 대각화 결과는 초유체 상에서 금속성 모드가 존재함을 확인하였으며, 골드스톤 모드 행동과 일치한다.
• 군집 평균장 이론은 강한 상관 영역에서 상 경계선과 오더 파라미터 프로파일을 정확히 캐릭터라이즈한다.
• 상관 운동에 의해 유도된 효과적 인력 상호작용 덕분에 초유체 양성체 상은 외부 봉쇄 없이도 안정화된다.