Artificial Gauge Fields with Ultracold Atoms in Optical Lattices

این کار در مورد تولید میدان‌های مغناطیسی مصنوعی با اتم‌های فوق سرد در شبکه‌های نوری با استفاده از تونل‌سازی به کمک لیزر و همچنین اولین اندازه‌گیری عدد Chern در یک سیستم غیر الکترونیکی گزارش می‌دهد.

این مقاله با مقدمه‌ای بر مدل هافستاتر شروع می‌شود، که دینامیک ذرات باردار را بر روی یک شبکه مربعی تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قوی توصیف می‌کند. این مدل نوارهای انرژی را با متغیرهای توپولوژیکی غیرصفر به نام اعداد Chern نشان می‌دهد، خاصیتی که در منشأ اثر هال کوانتومی است. بخش اصلی کار در مورد تحقق سیستم‌های آنالوگ با اتم‌های خنثی فوق‌سرد با استفاده از تکنیک‌های تونل‌زنی به کمک لیزر، هم از دیدگاه تئوری و هم از دیدگاه تجربی بحث می‌کند. توزیع‌های شار مبهم، همگن و وابسته به اسپین با استفاده از پتانسیل‌های ابرشبکه نوری دو بعدی تولید و مشخص می‌شوند. علاوه بر این، خواص توپولوژیکی آنها از طریق مشاهده جریان های توپولوژیکی حجیم مورد مطالعه قرار می گیرد.

This work reports on the generation of artificial magnetic fields with ultracold atoms in optical lattices using laser-assisted tunneling, as well as on the first Chern-number measurement in a non-electronic system.

It starts with an introduction to the Hofstadter model, which describes the dynamics of charged particles on a square lattice subjected to strong magnetic fields. This model exhibits energy bands with non-zero topological invariants called Chern numbers, a property that is at the origin of the quantum Hall effect. The main part of the work discusses the realization of analog systems with ultracold neutral atoms using laser-assisted-tunneling techniques both from a theoretical and experimental point of view. Staggered, homogeneous and spin-dependent flux distributions are generated and characterized using two-dimensional optical super-lattice potentials. Additionally their topological properties are studied via the observation of bulk topological currents.