Exploring nonequilibrium phases of photo-doped Mott insulators with generalized Gibbs ensembles
Exploring nonequilibrium phases of photo-doped Mott insulators with generalized Gibbs ensembles
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用广义吉布斯系综探索光掺杂莫特绝缘体的非平衡相
DOI：
10.1038/s42005-021-00799-7
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发表时间：
2022
影响因子：
5.5
通讯作者：
Werner Philipp
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Murakami Yuta;Takayoshi Shintaro;Kaneko Tatsuya;Sun Zhiyuan;Gole? Denis;Millis Andrew J.;Werner Philipp
许多实验表明，相关量子材料的强激发可以产生没有平衡类似物的非热相。由于非平衡强相关系统的理论方法的局限性，理解这些非平衡状态的起源和性质一直具有挑战性。在这项工作中，我们引入了一种广义的Gibbs系综描述，该描述能够基于平衡方法系统地分析Mott绝缘子中光掺杂态的长期行为。我们通过绘制一维扩展Hubbard模型的非平衡相图来证明该方法的力量，该模型具有宽光掺杂范围内的η-配对和电荷密度波相。我们进一步阐明了光掺杂载流子的特殊运动学和它们之间的相互作用，在这些非热相的形成中起着至关重要的作用。我们的研究结果为非平衡强相关系统的系统分析开辟了一条新的途径。
Many experiments show that strong excitations of correlated quantum materials can cause non-thermal phases without equilibrium analogues. Understanding the origin and properties of these nonequilibrium states has been challenging due to the limitations of theoretical methods for nonequilibrium strongly correlated systems. In this work, we introduce a generalized Gibbs ensemble description that enables a systematic analysis of the long-time behavior of photo-doped states in Mott insulators based on equilibrium methods. We demonstrate the power of the method by mapping out the nonequilibrium phase diagram of the one-dimensional extended Hubbard model, which featuresη-pairing and charge density wave phases in a wide photo-doping range. We furthermore clarify that the peculiar kinematics of photo-doped carriers, and the interaction between them, play an essential role in the formation of these non-thermal phases. Our results establish a new path for the systematic analysis of nonequilibrium strongly correlated systems.
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