[论文解读] Quantum phases of two coupled XXZ spin chains: A DMRG study

Bradraj Pandey, Supervisor Dr. Subhasis Sinha+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2014

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 1

一句话总结

本研究采用密度矩阵重整化群（DMRG）方法，研究了具有铁磁性链间耦合的两个耦合一维XXZ自旋链中的量子相。研究识别出超越传统超流和电荷密度波相的新相，如成对超流和强束缚对的密度波相，为在超冷偶极原子气体中实现这些相提供了理论框架。

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.

研究动机与目标

• 研究具有链内排斥相互作用和链间吸引相互作用的两个耦合一维XXZ自旋链中的量子相。
• 理解超越标准超流和密度波态的非传统量子相的出现机制。
• 将具有铁磁性链间耦合的硬核玻色子系统映射为自旋-1/2 XXZ模型，以进行理论分析。
• 通过该自旋模型映射，识别出在超冷偶极原子气体中可实验观测的相。
• 利用DMRG模拟，绘制零温下关联相的完整相图。

提出的方法

• 采用密度矩阵重整化群（DMRG）方法，研究零温下耦合XXZ自旋链模型的基态性质。
• 将具有链内排斥和链间吸引相互作用的双链晶格上的硬核玻色子系统，映射为具有铁磁性链间耦合的自旋-1/2 XXZ模型。
• 利用DMRG计算序参量、关联函数和能谱，以区分不同量子相。
• 在半满情况下分析系统，以研究超流性、电荷序与链间配对之间的竞争。
• 通过关联函数和配对关联函数，评估成对超流和束缚对密度波等新相的稳定性和特性。
• 将结果与已知相比较，识别非传统配对和序的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有链内排斥和铁磁性链间耦合的两个耦合XXZ自旋链中，会涌现出哪些量子相？
• RQ2 链间配对如何影响超越传统超流和密度波态的新量子相的形成？
• RQ3 该体系中成对超流相和束缚对密度波相的特征区别是什么？
• RQ4 这些相是否可在实验可实现的系统（如超冷偶极气体）中实现？
• RQ5 在DMRG框架下，随着相互作用强度的变化，相边界和序参量如何演化？

主要发现

• 该系统表现出预期的标准超流相和电荷密度波相，符合一维标准模型的预测。
• 除标准相外，该模型还支持新相，如成对超流相和强束缚对的密度波相。
• 成对超流相源于玻色子的链间配对，导致配对关联函数中出现长程非对角序。
• 强束缚对的密度波相以配对密度的周期性调制为特征，其波长为两个晶格间距。
• 这些新相的出现源于链内排斥与链间吸引相互作用的竞争，并在半满条件下稳定存在。
• 结果表明，通过调节偶极相互作用，超冷偶极气体在二维光晶格中可实现这些关联相。