Quantum theory of strong interactions in low dimensional systems

低维系统中强相互作用的量子理论

基本信息

  • 批准号:
    2856485
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Anyons emerge as excitations of certain phases of strongly-correlated systems, the epitome of which is the fractional quantum Hall state. Such quasiparticles, which behave as no other particle in nature (i.e. they are neither fermions nor bosons) are of interest for development of topological quantum computation. In this futuristic architecture, qubit are encoded by non-local properties of the system, thus they are robust to local noise and decoherence, and they can be operated upon by braiding anyonic excitations.Some van der Waals 2D materials, such as RuCl3, have recently been shown to host quantum spin liquid phases whose excitations can also behave as anyons. However, evidence remains controversial. Furthermore, there is a general paucity of phases of matter that exhibit these exotic features. Given the interest in quantum technology applications, it is pivotal to investigate from a fundamental perspective how to generate exotic quantum phases hosting (possibly controllable) anyonic excitations on-demand. Recently, the group has shown that twisted Kitaev models (a crude approximation to real materials that capture some of the quantum spin liquid features) can exhibit unprecedented phases of matter. In particular, they can exhibit localisation of anyons in emergent Kagome-like pattern.In this project we want to go beyond the existing model and include features existing in real materials, in particular beyond-Kitaev spin interactions. We aim at doing this with a combination of analytical and numerical techniques, including the role of these interactions via variational methods. The student will therefore derive effective models describing the motion of quasiparticles in the systems under study due to beyond-Kitaev interactions. We will then solve the resulting models and find phase transition points and improve our results of twisted quantum-spin-liquid bilayers. The project thus sits at the intersection between quantum material design and (because of its possible applications) quantum technology.
任意子是作为强关联系统某些相的激发而出现的,其缩影是分数量子霍尔态。这类准粒子在自然界中的行为不同于其他粒子(即它们既不是费米子也不是玻色子),对发展拓扑量子计算很有意义。在这种未来的体系结构中,量子比特是由系统的非局域性质编码的,因此它们对局域噪声和退相干具有很强的鲁棒性,并且可以通过编织任意子激发来操作。一些范德华2D材料,如RuCl3,最近被证明含有量子自旋液体相,其激发也可以作为任意子的行为。然而,证据仍然存在争议。此外,呈现这些奇异特征的物质相普遍较少。鉴于人们对量子技术应用的兴趣,从根本上研究如何根据需要产生承载(可能是可控的)任意子激发的奇异量子相是至关重要的。最近,该小组展示了扭曲的Kitaev模型(一种与真实材料的粗略近似,捕捉到了一些量子自旋液体特征)可以展示前所未有的物质相。在这个项目中,我们希望超越现有的模型,包括真实材料中存在的特征,特别是超越Kitaev自旋相互作用。我们的目标是通过分析和数值技术的结合来实现这一点,包括通过变分方法来研究这些相互作用的作用。因此,学生将推导出有效的模型,描述由于Beyond-Kitaev相互作用而在所研究的系统中准粒子的运动。然后,我们将求解得到的模型,找出相变点,并改进我们对扭曲的量子-自旋-液体双层膜的结果。因此,该项目处于量子材料设计和量子技术(由于其可能的应用)之间的交叉点。

项目成果

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