QuantumFrontiers Erfolgsgeschichten: Vielteilchen-Quantensysteme – QuantumFrontiers

Fortschritte bei der Kontrolle und dem Verständnis von Wechselwirkungen mit großer Reichweite

Forschende von QuantumFrontiers haben bedeutende theoretische und experimentelle Fortschritte bei Systemen mit Wechselwirkungen über große Reichweiten erzielt. Bei dipolaren Gasen haben sie polare Moleküle an den Rand des Quanten-Zerfalls gebracht [1] und zur ersten experimentellen Realisierung eines zweidimensionalen dipolaren suprasoliden Festkörpers beigetragen [2, 3]. Darüber hinaus haben sie das Verständnis von polaren Gittergasen verbessert, indem sie die nicht-ergodische Dynamik ohne Unordnung [4] und neuartige Eigenschaften in ungeordneten Heisenberg-Ketten [5] demonstriert haben. Unsere Arbeit an Ionen-Coulomb-Kristallen zeigte faszinierende Energie- und Wärmetransporteigenschaften [6, 7] und neue Kühltechniken [8]. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für Quantensimulationen und Untersuchungen über die Eignung dieser Vielteilchenzustände für Präzisionsmessungen.

Aus einem ultrakalten Gas erzeugter 2D-Superfestkörper

Kollaborationen ermöglichen erfolgreiche Projekte

Aspekte von Vielteilchen-Quantensystemen wurden auch im Festkörperbereich untersucht. In Bezug auf topologische Systeme wurde die erste Messung von Signaturen von Skyrmionen im thermischen Transport durchgeführt [9]. Für Netzwerke von chiralen Kanälen in minimal verdrillten Graphenschichten unter einem elektrischen Feld wurde vorhergesagt, dass sie einzigartige metallische und isolierende Materiezustände aufweisen [10], und Signaturen solcher Kantenkanäle wurden in gefaltetem Graphen gemessen [11]. Vielteilcheneffekte in topologischen Systemen wurden intensiv in Transportaufbauten untersucht [12], wodurch potenziell neue Bausteine für Quantentechnologien entstehen könnten [13]. Die Zusammenarbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit komplementären Forschungshintergründen hat zu sehr erfolgreichen Projekten geführt, darunter die Untersuchung der Dynamik kalter Atome in veränderbaren Doppelschichtstrukturen (twisted-bilayer) [14].

Dieser Artikel ist Teil einer Serie über die Erfolge von QuantumFrontiers

Solche Kollaborationen innerhalb von QuantumFrontiers festigen die Synergie zwischen der Festkörperforschung und der Forschung an kalten Atomen. Dies hat uns in die Lage versetzt, Fragen zu Vielteilcheneffekten in ungeordneten Heisenberg-Spinketten [5] und zur Rolle der langreichweitigen Coulomb-Wechselwirkung in elektronenoptischen Anordnungen [15] zu beantworten.

Beteiligte Topical Groups

Open Many-Body Quantum Systems

Publikationen

Literaturliste

[1] K. K. Voges, P. Gersema, et int, S. Ospelkaus. Ultracold Gas of Bosonic 23Na39K Ground-State Molecules.
Phys. Rev. Lett. 125, 083401. doi:10.1103/PhysRevLett.125.083401 (2020).

[2] M. A. Norcia, C. Politi, et int, F. Ferlaino. Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas.
Nature 596, 357–361. doi:10.1038/s41586-021-03725-7 (2021).

[3] T. Bland, E. Poli, et int, R. N. Bisset. Two-Dimensional Supersolid Formation in Dipolar Condensates.
Physical Review Letters 128, 195302. doi:10.1103/PhysRevLett.128.195302 (2022).

[4] W.-H. Li, X. Deng, L. Santos. Hilbert Space Shattering and Disorder-Free Localization in Polar Lattice Gases.
Phys. Rev. Lett. 127, 260601. doi:10.1103/PhysRevLett.127.260601 (2021).

[5] H. Wilming, T. J. Osborne, K. S. C. Decker, C. Karrasch. Reviving product states in the disordered Heisenberg chain.
Nature Communications 14, 5847. doi:10.1038/s41467-023-41464-7 (2023).

[6] L. Timm, H. Weimer, L. Santos, T. E. Mehlstäubler. Energy localization in an atomic chain with a topological soliton.
Phys. Rev. Res. 2, 033198. doi:10.1103/PhysRevResearch.2.033198 (2020).

[7] L. Timm, H. Weimer, L. Santos, T. E. Mehlstäubler. Heat transport in an ion Coulomb crystal with a topological defect.
Phys. Rev. B 108, 134302. doi:10.1103/PhysRevB.108.134302 (2023).

[8] I. Vybornyi, L. S. Dreissen, et int, K. Hammerer. Sideband Thermometry of Ion Crystals.
PRX Quantum 4. doi:10.1103/prxquantum.4.040346 (2023).

[9] A. Fernández Scarioni, C. Barton, et int, H. W. Schumacher. Thermoelectric Signature of Individual Skyrmions.
Physical Review Letters 126. doi:10.1103/physrevlett.126.077202 (2021).

[10] C. De Beule, F. Dominguez, P. Recher. Aharonov-Bohm Oscillations in Minimally Twisted Bilayer Graphene.
Physical Review Letters 125. doi:10.1103/physrevlett.125.096402 (2020).

[11] S. J. Hong, X. Xiao, et int, R. J. Haug. Strain-induced doping and zero line mode at the fold of twisted Bernal-stacked bilayer graphene.
2D Materials 8, 045009. doi:10.1088/2053-1583/ac152e (2021).

[12] T. Haidekker Galambos, S. Hoffman, et int, D. Loss. Superconducting Quantum Interference in Edge State Josephson Junctions.
Physical Review Letters 125. doi:10.1103/physrevlett.125.157701 (2020).

[13] S. Park, H.-S. Sim, P. Recher. Electron-Tunneling-Assisted Non-Abelian Braiding of Rotating Majorana Bound States.
Phys. Rev. Lett. 125, 187702. doi:10.1103/PhysRevLett.125.187702 (2020).

[14] G. C. Paul, P. Recher, L. Santos. Particle dynamics and ergodicity breaking in twisted-bilayer optical lattices.
Phys. Rev. A 108, 053305. doi:10.1103/PhysRevA.108.053305 (2023).

[15] N. Ubbelohde, L. Freise, et int, V. Kashcheyevs. Two electrons interacting at a mesoscopic beam splitter.
Nature Nanotechnology 18, 733–740. doi:10.1038/s41565-023-01370-x (2023).

Erfolgsgeschichte: Vielteilchen-Quantensysteme

Fortschritte bei der Kontrolle und dem Verständnis von Wechselwirkungen mit großer Reichweite

Kollaborationen ermöglichen erfolgreiche Projekte

Dieser Artikel ist Teil einer Serie über die Erfolge von QuantumFrontiers

Beteiligte Topical Groups

Publikationen