Experimental realization of an extended Fermi-Hubbard model using a 2D lattice of dopant-based quantum dots.
Experimental realization of an extended Fermi-Hubbard model using a 2D lattice of dopant-based quantum dots.
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DOI：
10.1038/s41467-022-34220-w
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发表时间：
2022-11-11
影响因子：
16.6
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中科院分区：
文献类型：
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作者：
哈伯德模型是理解凝聚态系统中多体物理的重要工具。硅掺杂物的人工晶格是强相互作用下扩展费米-哈伯德哈密顿量模拟量子模拟的一种很有前途的方法。然而，复杂的基于原子的器件制造要求意味着在硅中模拟可调谐的二维费米-哈伯德哈密顿量尚未实现。在这里，我们制作了具有有限无序的单/少掺杂的3 × 3量子点阵列，并使用门证明了电子系综的调谐，并使用量子输运测量探测了多体态。通过控制晶格常数，我们调整了跳跃幅度和远程相互作用，并观察到从金属到莫特绝缘行为的有限尺寸模拟。我们模拟热激活跳跃和哈伯德带形成使用增加的温度。随着原子精密制造的不断改进，这些结果使一类新的工程人工晶格能够模拟相互作用的费米子模型。掺杂量子点的原子精确人工晶格为模拟相互作用的费米子模型提供了一个可调的平台。Wang等人利用先进的制造技术和原子态控制技术，在3x3少掺杂量子点阵列上对二维费米-哈伯德模型进行了量子模拟。
The Hubbard model is an essential tool for understanding many-body physics in condensed matter systems. Artificial lattices of dopants in silicon are a promising method for the analog quantum simulation of extended Fermi-Hubbard Hamiltonians in the strong interaction regime. However, complex atom-based device fabrication requirements have meant emulating a tunable two-dimensional Fermi-Hubbard Hamiltonian in silicon has not been achieved. Here, we fabricate 3 × 3 arrays of single/few-dopant quantum dots with finite disorder and demonstrate tuning of the electron ensemble using gates and probe the many-body states using quantum transport measurements. By controlling the lattice constants, we tune the hopping amplitude and long-range interactions and observe the finite-size analogue of a transition from metallic to Mott insulating behavior. We simulate thermally activated hopping and Hubbard band formation using increased temperatures. As atomically precise fabrication continues to improve, these results enable a new class of engineered artificial lattices to simulate interactive fermionic models. Atomically precise artificial lattices of dopant-based quantum dots offer a tunable platform for simulations of interacting fermionic models. By leveraging advances in fabrication and atomic-state control, Wang et al. report quantum simulations of the 2D Fermi-Hubbard model on a 3 × 3 few-dopant quantum dot array.
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影响因子：
13.6
作者：
Gramse G;Kölker A;Lim T;Stock TJZ;Solanki H;Schofield SR;Brinciotti E;Aeppli G;Kienberger F;Curson NJ
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Curson NJ
影响因子：
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作者：
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McKenzie, David R.