光晶格中量子自旋系统的拓扑磁振子激发及动力学研究

Topological magnon excitation is a hot spot and frontier issue of quantum magnetism and topological physics. Attribute to the ultralong coherence time and high controllability, ultracold atoms in optical lattices offer an excellent platform for simulating and exploring topological magnon excitations and their dynamics of quantum spin systems. Concentrating on adiabatic dynamics, quench dynamics and dissipative dynamics of topological magnon excitations, this project will explore the important physical problems appeared in this system and achieve the following goals: introducing the proper physical observables to characterize the topological behavior of the multi-magnon excitations; extracting the topological invariant from the adiabatic dynamics of the multi-magnon excitations; obtaining the condition for the Kibble-Zurek mechanism and identifying the cause for the emergence of quantum blocking from the quench dynamics across the quantum transition points; and understanding how inter-particle interactions and environment effects affect the dynamics of the topological magnon excitations. The studies of this project are not only important in the theory of topological quantum magnetism, but also may provide new routes to practical applications on spintronic devices and topological quantum computation.

拓扑磁振子激发，联结了量子磁性和拓扑物理两大领域，是一个亟待开展研究的前沿热点问题。由于超长的相干时间和高度的可控性，光晶格中的超冷原子体系作为一个优异的量子模拟平台，为研究量子自旋系统中的拓扑磁振子激发及其动力学提供了新的挑战与机遇。围绕拓扑磁振子激发的绝热动力学、淬火动力学和耗散动力学等研究内容，本项目将深入探索拓扑磁振子激发中出现的重要物理问题，完成以下研究目标：引入实验中可观测的物理量来定量刻画多磁振子激发的拓扑特性；通过磁振子激发的绝热动力学行为来提取系统的拓扑不变量；从跨越拓扑量子相变点的淬火动力学过程中得到 Kibble-Zurek 机制成立的条件以及找到拓扑阻塞出现的原因；理解并刻画相互作用和环境效应对拓扑磁振子激发的耗散动力学的影响。本项目的研究，不仅有助于建立完善的拓扑量子磁性理论基础，也为自旋量子器件和拓扑量子计算等实际应用提供了新的思路和手段。

拓扑磁振子激发，联结量子磁性和拓扑物理两大领域，是一个值得开展研究的前沿热点问题。由于超长的相干时间和高度的可控性，光晶格中的超冷原子体系作为一个优异的量子模拟平台，为研究量子自旋系统中的拓扑磁振子激发及其动力学提供了新的挑战与机遇。围绕拓扑磁振子激发的绝热动力学、淬火动力学和耗散动力学等研究内容，本项目探索了拓扑磁振子激发中出现的重要物理问题，完成以下研究目标：引入实验中可观测的物理量来定量刻画多磁振子激发的拓扑特性；通过磁振子激发的绝热动力学行为来提取系统的拓扑不变量；从跨越拓扑量子相变点的淬火动力学过程中得到 Kibble-Zurek 机制成立的条件以及找到拓扑阻塞出现的原因；理解并刻画相互作用和环境效应对拓扑磁振子激发的耗散动力学的影响。本项目的研究，不仅有助于完善拓扑量子磁性理论基础，也为自旋量子器件和拓扑量子计算等实际应用提供了可能的思路和手段。