Interaktionsinduceret topologi i symmetribrudt fase

Symmetri er en grundlæggende egenskab i naturen. At forstå de mekanismer, der bryder symmetrier, er afgørende for videnskabelig forskning. Spontan symmetribrud (SSB), i særdeleshed, opstår, når termiske eller kvantesvingninger driver et system fra en symmetrisk tilstand til en ordnet tilstand, som det opstår, når en væske bliver til et fast stof. Denne mekanisme gør det muligt for forskere at klassificere forskellige faser af stof i henhold til de forskellige mønstre, der genereres af den brudte symmetri.

I de sidste årtier har topologi er også blevet anerkendt som en afgørende egenskab for at beskrive, hvordan stof er organiseret på det fundamentale niveau. I dette tilfælde, det er ikke længere brud på visse symmetrier, men deres bevarelse, der giver anledning til nye materielle tilstande, de såkaldte symmetribeskyttede topologiske (SPT) faser. Forskellige topologiske faser kan vise de samme symmetrier, men de kan skelnes af en global topologisk invariant, som tager heltalsværdier og bevares under kontinuerlige deformationer.

Aktuel forskning inden for kondenseret fysik har til formål at forstå, hvordan symmetribrud og symmetribeskyttelse konkurrerer, især i nærvær af interaktioner. I en nylig artikel offentliggjort i Naturkommunikation , ICFO -forskere Daniel Gonzalez og Przemyslaw Grzybowski, ledet af Alexandre Dauphin og ICREA Prof. hos ICFO Maciej Lewenstein, i samarbejde med Alejandro Bermudez fra Universidad Complutense i Madrid, rapportere, hvordan disse to processer samarbejder, giver anledning til nye stærkt korrelerede topologiske effekter.

I deres undersøgelse, forskerne demonstrerede, hvordan i nærvær af stærke interaktioner, en beskyttende symmetri dukker op ved lave energier fra det sæt konfigurationer, der er begrænset af brud på en anden symmetri. Denne nye symmetri stabiliserer en sammenflettet topologisk fase, hvor de topologiske egenskaber sameksisterer med tilstedeværelsen af ​​lang rækkefølge. I øvrigt, de demonstrerer, hvordan dette samspil giver anledning til interessante statiske og dynamiske effekter, såsom en topologisk beskyttet partikeltransport kvantiseret til fraktionelle værdier. For det, de studerer en mikroskopisk gittermodel, Z2-Bose – Hubbard-modellen, som kan implementeres eksperimentelt ved hjælp af ultrakølede atomsystemer.

Resultaterne af denne undersøgelse åbner et vindue til området topologiske faser i materialer, baner vejen for yderligere udforskning af eksotiske topologiske træk i stærkt korrelerede kvantesystemer.