Beliebte Beiträge

Tipp Der Redaktion - 2019

Eine Unreinheit, um sie alle zu binden

Anonim

Niemand ist perfekt, aber manchmal ist es der Defekt, der den Unterschied macht. Zum Beispiel ändern sich die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern durch die geringste Variation der Dotierstoffkonzentration erheblich, und obwohl ein perfekter Diamant keine Farbe hat, lassen ihn atomare Verunreinigungen in blassem Blau, Violett oder Pink erstrahlen, was sogar ihren Wert erhöht. Alle diese Effekte gehen auf Prozesse zurück, die durch die Wechselwirkung der Verunreinigung mit dem Quanten-Vielteilchensystem, in das sie eingebettet ist, ausgelöst werden. Ein Team von Physikern in der Theorieabteilung von Prof. Ignacio Cirac am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ( MPQ) hat nun den allgemeineren Fall untersucht, bei dem ein Verunreinigungsatom an ein strukturiertes Bad von Bosonen gekoppelt wird (zum Beispiel Photonen in einem periodisch konstruierten Dielektrikum), das zeigt, wie ein einzelnes Atom viele Bosonen um es herum binden kann. Gebundene Zustände von Bosonen sind von besonderem Interesse, weil sie zu langen und starken Wechselwirkungen führen, die neue Regimes für Quantensimulationen ermöglichen.

Werbung


Die Wechselwirkung von Spinverunreinigungen mit bosonischen Reservoiren liegt im Zentrum sehr paradigmatischer Modelle der Quantenoptik und der kondensierten Materie und führt zu sehr reichen Phänomenen. Zum Beispiel wurde im Zusammenhang mit Atomen, die an konstruierte Dielektrika, dh photonische Kristalle, gekoppelt sind, vorhergesagt, dass ein einzelnes Atom eine Einzelphotonenwolke um sich herum lokalisieren kann, wenn die Atomfrequenz in der photonischen Bandlücke des Materials liegt. Mit den jüngsten Fortschritten bei der Verknüpfung von atomaren Systemen mit photonischen Kristallstrukturen haben diese atomphotonengebundenen Zustände ein neues Interesse am Kontext der Quantensimulation erfahren, da sie vorgeschlagen wurden, starke und weitreichende Wechselwirkungen zwischen Atomen zu vermitteln.

In ihrer neu veröffentlichten Arbeit untersuchen Tao Shi, Ying-Hai Wu und Alejandro González-Tudela von der Theorieabteilung von Prof. Ignacio Cirac das allgemeine Problem einer einzelnen Spin-Verunreinigung, die an ein generisches bosonisches Bad gekoppelt ist und zeigen, dass ein einzelnes Atom tatsächlich existieren kann Fange nicht einen einzigen, sondern unendlich viele Bosonen um ihn herum. Die Kopplung der Verunreinigung an das Bad erzeugt ein effektives Potenzial für die Bosonen, das die Bosonen um es herum lokalisieren kann. Insbesondere kann ein einzelnes Atom eine Mehrphotonenwolke innerhalb eines photonischen Kristalls lokalisieren. Darüber hinaus stellen die Autoren auch eine Variationsbeschreibung zur Verfügung, die es ihnen erlaubt, ihr Verhalten in allen Parameterräumen zu beschreiben, indem sie die Existenz vieler unterschiedlicher Regimes mit unterschiedlicher Skalierung von physikalischen Eigenschaften wie der Energie oder der Größe der gebundenen Zustände enthüllen.

Aufgrund der Allgemeingültigkeit des Modells können diese gebundenen Zustände potenziell auf vielen verschiedenen Plattformen hergestellt und beobachtet werden, von Atomen, die mit photonischen Kristallen gekoppelt sind, bis hin zu Schaltkreis-QED oder sogar kalten Atomen in zustandsabhängigen optischen Gittern. Die Existenz dieser bosonengebundenen Zustände überspannt die Möglichkeiten dieser Plattformen, neue exotische Vielteilchenphänomene zu simulieren.

Werbung



Geschichte Quelle:

Materialien des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik . Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz :

  1. Tao Shi, Ying-Hai Wu, A. González-Tudela, J. I. Cirac. Gebundene Staaten in Boson-Verunreinigungsmodellen . Physische Überprüfung X, 2016; 6 (2) DOI: 10.1103 / PhysRevX.6.021027