光晶格中超冷偶极分子的非平衡态和动力学

Motivated by the experimental realization of quantum spin models of polar molecule KRb in optical lattices and based on our previous study on dipolar spin models on a square optical lattice from which we found a quantum paramagnetic ground state, we propose to investigate the following projects: 1) We aid to apply effective field theory and tensor networks algorithm to the same dipolar molecule setup on a zigzag chain, determine the phase diagram of the model, and understand the phase transitions between different symmetry protected topological phases. 2) Starting from some exact solvable region, we are going to dig out the universal properties for non-equilibrium system. To understand more general dynamic properties and quasi-particle excitations, we also plan to develop new tensor network algorithm accessible to non-equilibrium system and apply it to the quantum quench or driving process. 3) We try to build minimal experimental accessible models to realize the topological excitation on time direction.

本课题以前期在基于二维光晶格中偶极冷分子量子气体的长程相互作用自旋模型中发现量子顺磁态的工作为基础，针对光晶格下KRb等偶级化分子有重大突破的实验系统，拟进行以下三方面研究：1. 运用有效场论以及张量网格算法研究一维光晶格中偶极分子自旋系统的受对称性保护的拓扑基态及其相变。2. 从少数精确可解区域出发，得出描述非平衡态系统的规律。发展适合非平衡态系统的低维张量网格算法，并由此研究更广泛区域内量子淬火和驱动过程中的动力学特性以及准粒子激发。3）尝试建立简单的实验可操作模型，以实现时间方向上的拓扑激发。

光晶格下KRb等偶极化分子系统为研究量子自旋模型提供了新的实验平台。本项目以描述光晶格中偶极化分子系统的模型为出发点，主要利用张量网格方法，并结合精确解以及有效场论等理论分析，对模型中的相变、动力学和准粒子激发等进行了研究。主要结果包括：(1) 在锯齿光晶格偶极分子自旋系统中找到了两种对称性保护拓扑相的精确可解区域，对其边界激发给予了直观的描述，发现了新的手性相，为以后的实验提供了重要参考。(2) 通过张量网格对类伊辛反铁磁螺旋链量子临界行为的研究确定了系统的普适类，辅助实验发现了量子临界点。 (3) 通过动力学谱的分析预测并发现了反铁磁材料中用E8代数描述的非平庸激发。此发现有望为量子磁性器件的调控提供新的思路。