Spin-resolved microscopy of strongly correlated fermionic many-body states
Spin-resolved microscopy of strongly correlated fermionic many-body states
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强相关费米子多体态的自旋分辨显微镜
DOI：
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
T. Hilker
中科院分区：
文献类型：
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作者：
T. Hilker
光学陀螺仪中的超热气体在电子自旋上具有明显的量子力学特性。这些博士们很快就能建造出第一个带有费米子Li-6原子的量子晶体。我们在哈勃体系中获得了反铁磁自旋相关的初步结果，并在一维体系中得到了具有相关关系的拉通和自旋梯度，在热辐射中产生了自旋相关。
该实验的基本原理是量子力学，它可以用来制造和组装纳米粒子。图片，人们可以直接看到，这是一个巨大的动力系统，它使人们可以在自己的珠宝首饰上看到所有的原子。我们生产一种具有标准激光器、光学元件和垂直激光器的超宽激光器，并装载一种三维光学元件。为了使原子在磁场作用下旋转，在磁场作用下，原子将在半个Gitterplatz上旋转。为了使原子的吸收达到最佳的吸收效果，我们采用了拉曼光谱法，并在最佳吸收条件下吸收了97%的原子。一个工作细节可以通过一个局部的不确定性来完成。
在不均匀的Gitter环境中，Stark的Dichtevertiilung测量是Fermi-Hubbard模型的最优解。我们将对Mott-Isolator-Phase中的可压缩性进行深入研究。我们也可以从图像中看出系统的差异性，并将波动耗散定理作为最佳的统计量，从而得出差异性波动集合的最大压缩性。
对于一个Teilchen von weniger的熵，Mott隔离器的反铁磁自旋相关系数为log（2）kB。在一个维度上，我们可以将这些磁性排列在一个距离上，从四个Gitterplatzen直接传递。用蒙特卡罗-量子力学方法对一个带隙的温度进行估计，得到一个0.4kB的原子熵。在Gitterplatz上使用一个小原子的Spinketten看起来像是一个非常健康的Spinkorrelationen的特性验证，一个Luttinger Flussigkeit就可以了。
当一个人的脊柱健康状况与原子的观点一致时，他会对身体的健康状况感兴趣。在一个维度的系统中，一个洛赫通过一个旋转的热力学而自由地运动。所有人都认为这是一种减少磁场的方法，因为磁场的位置不会改变。正常的两点关系使人感到轻松愉快。我们都知道，一个水龙头的旋转是反平行的，所以很快，当水龙头的位置被卡住时，旋转速度很快，不会被格拉德的梯度所影响。这篇文章是通过解释Gleichgewichtskorrelationen直接从Spin-Ladungs-Trennung获得的。
这一工作首先是利用超高温原子对自旋-湖-相关关系进行测量，然后在反铁磁体的量子模拟线上用一个很小的Schritt来测量，这个测量线可以准确地测量高温超导体的温度。
Mit ultrakalte Gasen in optischen Gittern lassen sich stark wechselwirkende Quantenvielteilchensysteme auf der Ebene einzelner Spins untersuchen. Diese Doktorarbeit fasst den Aufbau und die ersten Ergebnisse eines Quantengasmikroskops mit fermionischen Li-6 Atomen zusammen. Wir konnten erstmals antiferromagnetische Spinkorrelationen in Hubbard-Systemen beobachten und in eindimensionalen Systeme die Trennung von Ladungs- und Spinfreiheitsgraden mit Korrelationen nachweisen, die im thermischen Gleichgewicht gemessen wurden.
Die Grundlage fur diese Experimente ist das Quantengasmikroskop, welches wahrend der Doktorarbeit geplant und aufgebaut wurde. Die Bilder, die man damit nehmen kann, sind Momentaufnahmen eines Quantenvielteilchensystems, auf denen man alle Atome einzeln auf ihren jeweiligen Gitterplatzen erkennen kann. Wir produzieren ein ultrakaltes Quantengas mit Standardverfahren wie Laserkuhlung, optischen Fallen und Verdunstungskuhlung und laden es in eine einzelne Ebene eines dreidimensionalen optischen Gitters. Vor dem Abbilden wird jedes Atom entsprechend seines Spin mit einem Stern-Gerlach-Magnetfeld um einen halben Gitterplatz nach links oder rechts verschoben. Zur Abbildung der Atome messen wir die Fluoreszenz eines Raman-Seitenbandkuhlprozesses, welcher in einem zusatzlichen sehr tiefen optischen Gitter ablauft, und konnen so 97% der Atome erfolgreich detektieren. Ein Kapitel dieser Arbeit widmet sich den Details dieses Prozesses und kann die verbliebenen Verluste durch eine Nichtgleichgewichtsverteilung der lokalen Anregungen erklaren.
Die Messung der Dichteverteilung der stark wechelwirkenden Atome im inhomogenen Gitter erlaubt es die Zustandsgleichung des Fermi-Hubbard-Models zu bestimmen. Dabei beobachten wir die starke Unterdruckung der Kompressibilitat in der Mott-Isolator-Phase. Mit unseren hochaufgelosten Bildern konnen wir auch die Dichtekorrelationen des Systems messen und so das Fluktuations-Dissipations-Theorem bestatigen, welches die Kompressibilitat in Beziehung zu der Summe aller Dichtefluktuationen setzt.
Fur eine Entropie pro Teilchen von weniger als log(2) kB zeigt der Mott-Isolator antiferromagnetische Spinkorrelationen aufgrund der Austauschwechselwirkung. In eindimensionalen Spinketten konnten wir diese magnetische Ordnung bis zu einer Distanz von vier Gitterplatzen direkt messen. Die Starke der beobachteten Korrelationen stimmt sehr gut uberein mit Quanten-Monte-Carlo-Rechnungen bei einer Temperatur von einem Achtel der Bandbreite, welches einer Entropie von 0.4 kB pro Atom entspricht. Fur Spinketten mit weniger als einem Atom pro Gitterplatz sehen wir eine charakteristische Verschiebung der Spinkorrelationen zu groseren Wellenlangen, die der einer Luttinger Flussigkeit entspricht.
Besonders interessante physikalische Phanomene treten auf, wenn man den Spinfreiheitsgrad mit der Bewegung der Atome koppelt. In eindimensionalen Systemen tritt hier die Spin-Ladungs-Trennung auf, die einem Loch eine freie Bewegung durch eine Spinkette ermoglicht. Allerdings scheint diese Delokalisierung zu einer Reduktionen der magnetischen Ordnung zu fuhren, da die Position der Teilchen nun fluktuiert. Normale Zweipunktkorrelatoren messen so kleinere Werte. Allerdings konnten wir zeigen, dass die Spins um einzelne Locher herum primar antiparallel ausgerichtet sind und so nachweisen, dass die Spinordnung fast unabhangig vom Grad der Dotierung ist, wenn man die Lochposition mitberucksichtigt. Diese Messungen lassen sich als erster direkten Nachweis von Spin-Ladungs-Trennung durch Gleichgewichtskorrelationen interpretieren.
Diese Arbeit umfasst die ersten Messungen von Spin-Loch-Korrelationen mit ultrakalten Atomen und sie stellt damit einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu Quantensimulationen dotierter Antiferromagneten dar, die einen Beitrag zum Verstandnis von Hochtemperatursupraleitern leisten konnten.