[论文解读] Orbital-driven melting of a bosonic Mott insulator

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

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 1

一句话总结

本文研究了一维光晶格中强关联玻色子系统，在该系统中，共振周期驱动相干耦合了两个最低能带的布洛赫态，诱导出轨道驱动的莫特绝缘体-超流相变。由于动能阻挫效应，相变可为连续或一级相变，具体取决于晶格深度和填充率，展示了通过轨道杂化实现可调量子相变的可能。

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.

研究动机与目标

• 探索超冷原子在光晶格中局域态与色散态轨道之间的相互作用。
• 研究通过共振周期驱动相干耦合最低两布洛赫带对多体量子相的影响。
• 确定此类耦合是否能驱动具有可调特征（连续或一级）的莫特绝缘体-超流相变。
• 考察动能阻挫在决定量子相变本质中的作用。

提出的方法

• 对一维光晶格中的两个最低布洛赫带施加共振周期驱动，以实现相干耦合。
• 将系统建模为具有每个晶格位点两个相关轨道态的强关联弗洛凯哈密顿量。
• 玻色子被限制在一维晶格中，仅考虑每个位点的两个近简并轨道态。
• 通过平滑调节两个轨道态进入共振，实现对有效跃迁和相互作用参数的调控。
• 采用平均场方法进行理论分析，以研究相图和相变阶数。
• 系统评估晶格深度和填充率对相变特征的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过相干耦合最低两布洛赫带，是否能在强关联玻色子系统中诱导出莫特绝缘体-超流相变？
• RQ2 由轨道杂化引起的动能阻挫如何影响量子相变的本质？
• RQ3 晶格深度和粒子填充率在决定相变为连续或一级相变中起什么作用？
• RQ4 能否通过对外部轨道共振的调控，将相变在连续与一级行为之间进行调节？

主要发现

• 系统表现出由布洛赫带共振周期驱动诱导的轨道驱动莫特绝缘体-超流相变。
• 由于系统中存在动能阻挫，相变可为连续或一级，具体取决于晶格深度和填充率。
• 最低两布洛赫带的相干耦合实现了对相变特征的有效控制。
• 每个位点存在两个近简并轨道态，导致相图丰富，具有可调的量子临界性。
• 相变由轨道杂化驱动，而非传统隧穿，凸显了内禀自由度在量子相变中的作用。
• 系统实现了具有涌现量子临界行为的强关联弗洛凯哈密顿量。