强关联体系中的玻色对称保护拓扑态与分形子拓扑态的有效理论
批准号:
12074438
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
叶鹏
依托单位:
学科分类:
强关联体系
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
叶鹏
中文摘要
“玻色对称保护拓扑态”和“分形子拓扑态”是强关联拓扑自旋系统中的两大前沿课题,是强关联拓扑物态网络中的重要组成部分。以 Haldane 自旋链为代表的玻色对称保护拓扑态是一类“几乎无特征”的自旋液体:其体内没有拓扑激发,但有对称保护的非平凡量子反常边界态。另外,以Vijay-Haah-Fu自旋模型为代表的分形子拓扑态是一种新型拓扑序,没有定义良好的“热力学极限”。分形子拓扑态的体内拓扑激发被称为“分形子”(fracton),无法被局域幺正算符移动位置。本项目将运用强关联中的理论和数值方法来深入研究这两种拓扑物态。项目研究内容主要有:玻色对称保护拓扑态的 Gutzwiller 投影波函数与Hubbard相互作用;空穴掺杂的玻色对称保护拓扑态的t-J模型;分形子拓扑态的严格可解模型的构造、分形子拓扑态与玻色对称保护拓扑态之间的对偶。对上述两种物态的平行研究将有助于深入理解强关联拓扑物态网络。
英文摘要
As key ingredients of the network of strongly-correlated topological phases of matter, bosonic symmetry-protected topological phases (BSPT) and fracton topological phases (FT) are currently frontier of strongly-correlated topological physics. Represented by Haldane spin chain, BSPTs can be regarded as "almost featureless" quantum spin liquids whose bulk doesn’t support topological excitations but the boundary supports symmetry-protected quantum anomaly. On the other hand, represented by Vijay-Haah-Fu model, FT is a brand-new topological order, whose thermodynamical limit is ill-defined. The bulk topological excitation of FT is called "fracton" which is unable to be moved by any local unitary operators. In this proposal, theoretical and numerical methods of strongly-correlated physics will be applied to study BSPT and FT in three aspects. First, the Gutzwiller projected wavefunction and Hubbard interaction term. Second, hope-doped BSPT and its t-J model. Third, construction of exactly solvable models of FT states, and the duality between FT and BSPT. The parallel study of BSPT and FT will be beneficial to deepen our understandings on the network of strongly-correlated topological phases of matter.
本项目围绕量子多体物理中的玻色对称保护拓扑态(BSPT)和分形子拓扑态,开展了系统而深入的研究。通过灵活调整研究策略,课题组成功取得了一系列创新性成果,主要包括:利用横场调控、不动点解析计算、量子蒙特卡洛数值模拟等方法,揭示了BSPT基态波函数的全局相图;通过“奇异关联函数”表征了子系统对称性保护的BSPT;采用计算机科学中的“高阶元胞自动机”算法,建立了一个庞大的BSPT严格可解模型库;并构造了与BSPT对偶的拓扑序有效场论等。这些工作不仅深化了BSPT物理的理解,还揭示了其与拓扑序之间的对偶关系及其有效场论机制,为建立对称分数化分类框架奠定了基础,展现了该项目的学科交叉性。在分形子拓扑态的研究中,课题组通过数值模拟与理论分析,揭示了横场调控下分形子自旋模型的相变特性;并基于之前构建的高维分形子拓扑态严格可解模型,进行了系统的模型研究。利用张量网络乘积态方法,得到了若干新奇的相变现象。此外,项目负责人提出的“分形子超流”理论,系统研究了高阶矩守恒对称性所导致的对称破缺机制、Mermin-Wagner定理的推广、空间维度对长程效应的影响以及层级KT相变等新奇物理现象,并基于此提出了多种哈伯德模型,探讨了具有高阶矩守恒对称性的强关联系统及其在倾斜光晶格平台上的实现。在研究执行期间,共发表25篇高水平学术论文,涵盖Physical Review Letters、PRX Quantum、Nature Communications等国际顶级期刊。研究成果得到了多位国际知名学者的高度评价与正面引用。项目还拓展了多体量子系统的纠缠结构分析,发现了非厄米系统的对偶关系和纠缠标度行为,为课题组下一阶段的跨学科研究开辟了新的方向。项目执行期间,2名博士生、2名硕士生顺利毕业,1名博士后完成出站,他们已在国内外继续深造或工作,体现了项目在人才培养方面的成效。项目负责人多次应邀出席国内外学术会议,特别是应Dirac奖章获得者D. T. Son教授的邀请,出席并作报告于韩国基础研究院举办的关于新对称性与有效场论的国际会议。总体而言,本项目不仅在量子多体物理领域取得了一系列重要的理论成果,还为相关学科的发展和人才培养做出了积极贡献。
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