 |
Dynamics of Strongly Correlated Quantum Systems
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
119204 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Takács, Gábor |
| Title in Hungarian |
Erősen korrelált kvantumrendszerek dinamikája |
| Title in English |
Dynamics of Strongly Correlated Quantum Systems |
| Keywords in Hungarian |
statisztikus térelmélet; integrálható modellek; csonkolt Hamiltoni módszerek; form faktorok; Bethe Ansatz |
| Keywords in English |
statistical field theory; integrable models; truncated hamiltonian methods; form factors; Bethe Ansatz |
| Discipline |
| Physics (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Quantum field theory |
|
| Panel |
Physics 1 |
| Department or equivalent |
Department of Theoretical Physics (Budapest University of Technology and Economics) |
| Participants |
Fehér, György
Horváth, Dávid
Kormos, Márton
Pomponio, Octavio
Pozsgai, Balázs Sándor
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2021-03-31 |
| Funding (in million HUF) |
29.851 |
| FTE (full time equivalent) |
7.87 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A pályázat célja alacsonydimenziós kvantum rendszerek vizsgálata. Elsősorban erősen korrelált rendszerekről van szó, amihez a motivációt az jelenti, hogy új kísérleti technikákkal egyre több ilyen rendszer laboratóriumi vizsgálata válik lehetővé. A matematikai fizika eszközeivel lehetséges pontos és megbízható, illetve -- integrálható modellek esetén -- akár egzakt jóslatokat adni ezen rendszerek viselkedésére.
Fő céljaink a következők:
1. Nemperturbatív módszerek kifejlesztése, amelyek részben numerikusak (mint a renormálási csoporttal fejlesztett csonkolt konform állapottér módszer, ami nem függ az integrálhatóságtól), részben analitikusak (form faktor módszerek, spektrális kifejtések, Bethe Ansatz technikák).
2. A meglévő és az újonnan kifejlesztett módszerek alkalmazása erősen korrelált kondenzált anyagi rendszereket leíró térelméletek spektrumának és fázisszerkezetének vizsgálatása.
3. Új módszerek kifejlesztése korrelációs függvények számolására, amelynek célja olyan válaszfüggvények és dinamikai struktúra faktorok kiszámítása, amelyek kísérletileg is tanulmányozhatók ultrahideg atomi rendszerekben, spinlánc anyagokban és egydimenziós vezetőkben/szigetelőkben.
4. Integrálható rendszerek nemegyensúlyi stacionárius állapotainak megértése és egzakt leírása.
5. Kvantumtérelméleti kvencsek leírása, a skálázásra és univerzalitásra, valamint az integrálhatóság sértésének szerepére és hatásaira koncentrálva.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az alacsony-dimenziós, különösen az integrálható modellek területén meglévő kiterjedt ismereteink lehetővé teszik a következő problémák megoldását:
1. A kísérletek mindig véges hőmérsékleten történnek. Új módszert fejlesztünk ki termikus korrelációs függvények tanulmányozására, ami felösszegzi a hőmérsékletfüggést, és a nem termikus stacionárius állapotok széles osztályára is kiterjeszthető.
2. A kvantum kvencs az izolált kvantumrendszerek nemegyensúlyi dinamikájának paradigmája, ami jelenleg intenzív kutatások tárgya. Célunk, hogy meghatározzuk nagyszámú kvantum kvencs folyamat egzakt megoldását (jelenleg csak kevés példa ismert).
3. A spinláncok peremes fizikájával kapcsolatban számos megoldatlan kérdés van. Vizsgálatainkat integrálható spinláncok peremes szabadenergiájának kiszámításával kezdjük.
4. A csonkolt hamiltoni módszerekkel vizsgálható kísérletileg releváns térelméletek időfejlődése túl az egyéb meglévő (pl. szemiklasszikus) módszerek érvényességi tartományán. Tanulmányozhatjuk azon tartományokat, amelyekben univerzális viselkedés várható, és skála törvényeket tárhatunk fel. Reményeink szerint ezek elvezetnek egy dinamikai renormálási csoport leíráshoz.
5. A bozonizáció és a renormálási csoporttal fejlesztett TCSA módszerrel erősen korrelált fermionok dinamikáját és fázisszerkezetét vizsgáljuk, és kiterjesztjük ezen módszereket a kísérletek szempontjából relevánsabb esetekre.
6. A roaming trajektóriák használatával egy új és egységes módszert tervezünk kifejleszteni form faktorok konstrukciójára nemdiagonális szórás esetén, ami elvezet fontos kvantum statisztikus rendszerek korrelátorainak kiszámításához.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Kutatásaink hozzájárulnak az erősen korrelált kvantum rendszerek elméleti megértéséhez, mind nyitott kérdések megválaszolásával, mind pedig a rendelkezésre álló eszközök és elméleti megközelítések bővítésével. Ez egyben hozzjárul alapvető fizikai kérdések mélyebb megértéséhez, mint pl. a statisztikus mechanikai alapelvei, valamint a kondenzált anyagok fizikájának nyitott kérdései. Ezen túlmenően segíteni fogja a jelenleg is folyó hideg atomi, illetve erősen korrelált anyagi rendszerekben végzett kísérletek megértését, illetve eredményeinek magyarázatát, és hatása lesz újak tervezésére.
A területen dolgozó nemzetközi közösség széles, erős kutatócsoportok tucatjait tömöríti mind az USA (pl. Boston, Brookhaven, Penn State, Rutgers), illetve Európa (pl. Bonn, ENS Párizs, London, Oxford, Saclay, Trieszt, Wuppertal) területén. Ezek közül többel is aktív együttműködéseink vannak, ugyanakkor ez a közösség erős versenyhelyzetet is jelent. Több ízben előfordult már az eddigiek során, hogy csoportunk más külföldi csoportokkal párhuzamosan, vagy őket éppen megelőzve ért el fontos eredményeket (pl. Oxford, Amsterdam).
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A tervezett kutatás egzotikus kvantumjelenségek megértéséhez járul hozzá. Ezek közül egyre több valósul meg laboratóriumi körülmények között csapdázott ultrahideg atomokkal, mágneses anyagokkal és elektron rendszerekkel végzett kísérletekben. Hosszútávon ezek várhatóan új technológiák kifejlődéséhez vezetnek el, többek között az információ tárolás és feldolgozás, valamint új elektronikus eszközök és szenzorok területén.
Tudományos szemszögből kutatásaink új fényt vetnek a kvantum sokrészecske rendszerek időfejlődésére és egyensúlyára. Ezen túlmenően hozzájárulunk az erősen kölcsönható kvantumtérelméletek megértéséhez, ami a közvetlen célokon túl a részecskefizika és a húrelmélet területéhez is kapcsolódik.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The research proposal focuses on the dynamics of low-dimensional quantum systems. We are especially interested in strongly correlated systems, and motivated by recent developments of experimental techniques that allow an increasing number of such systems to be realised in the laboratory. The methods of mathematical physics make it possible to obtain precise and reliable, and in the case of integrable models, even exact results for the behaviour of such systems.
Our main goals are:
1. To develop non-perturbative methods, partly numerical (renormalisation group improved truncated conformal space approach, which does not depend on integrability), partly analytic (form factor methods, spectral expansions, Bethe Ansatz).
2. To apply the existing and the newly developed methods to study the spectra and phase structure of field theories relevant for strongly correlated condensed matter systems.
3. To develop new methods for computing correlation functions, to obtain response functions and dynamical structure factors accessible in experiments in cold atom systems, spin chain materials and one-dimensional conductors/insulators.
4. To understand the physics of non-equilibrium stationary states in integrable systems and to describe them with exact methods.
5. To describe quenches in quantum field theories, concentrating on scaling and universality, and the role and effects of integrability breaking.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Our starting point is the already existing extensive knowledge in the field of low-dimensional, especially integrable models, which allows us to address the following problems:
1. Experiments are always conducted at non-zero temperature. We plan to develop a new method to describe thermal correlation functions, which would re-sum the temperature dependence, and also be applicable to a wide class of non-thermal steady states.
2. Quantum quenches are a paradigm for the out of equilibrium dynamics of isolated quantum systems which has been the subject of intensive research in recent years. We attempt to obtain an exact description of a large number of integrable quantum quenches (at present only a limited number of examples are known).
3. There are numerous unanswered questions about boundary-related phenomena in spin chains. We start with the computation of exact boundary free energy in integrable spin chains.
4. Truncated Hamiltonian methods can access the dynamics of experimentally relevant models beyond the range of other (e.g. semi-classical) approaches. We can also investigate possible regimes of universality, and discover scaling laws and we hope to set up a dynamical renormalisation group framework.
5. Use bosonisation and renormalisation group improved TCSA to study dynamics and phase structure of strongly correlated fermonic systems, and extend these methods to cover more experimentally relevant cases.
6. Use roaming trajectories to develop a novel and unified way of constructing the form factors for theories with non-diagonal scattering, leading to a non-perturbative construction of correlations in important quantum statistical systems.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our research will contribute to the theoretical understanding of strongly correlated quantum systems, both by answering a number of open questions and by widening the array of methods and theoretical approaches at our disposal. This progress will also lead to a greater understanding of fundamental physics, including basic principles of statistical mechanics and open problems in condensed matter physics. In addition, it will promote understanding and explanation of current experiments in cold atoms and strongly correlated materials, and have an impact on the planning of new ones.
The international community working in this field is wide, involving dozens of very strong groups both in the US (e.g. Boston, Brookhaven, Penn State, Rutgers) and Europe (e.g. Bonn, ENS Paris, London, Oxford, Saclay, Trieste, Wuppertal). While we are involved in collaborations with some of these groups, this community altogether presents a very strong competition as well. There have been several instances of our group coming just barely first with important results, or achieving them simultaneously with leading groups such as those in Oxford and Amsterdam.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The proposed research contributes to the understanding of exotic quantum phenomena. A growing number of these can be realised in the laboratory, in experiments with trapped ultra-cold atoms, magnetic materials and electron systems. It is expected that they will lead to the development of new technologies in the long run. Relevant fields include information storage and processing, and developing new electronic devices and sensors.
From the scientific point of view, our research will shed new light on equilibration and time evolution in many-body quantum systems. In addition, our studies contribute to understanding strongly interacting quantum field theories, with connections to particle physics and string theory.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| X. Wang, H. Zou, K. Hódsági, M. Kormos, G. Takács and J. Wu: Spin dynamics of a perturbed quantum critical Ising chain, arXiv eprints, 2021 | | G.Z. Fehér and B. Pozsgay: The propagator of the finite XXZ spin-1/2 chain, SciPost Phys. 6 (2019) 063, 2019 | | B. Pozsgay, L. Piroli and E. Vernier: Integrable Matrix Product States from boundary integrability, SciPost Phys. 6 (2019) 062, 2019 | | G. Fehér and B. Pozsgay: Generalized Gibbs Ensemble and string-charge relations in nested Bethe Ansatz, SciPost Phys. 8, 034 (2020), 2020 | | Lencses Máté, Pomponio Octavio, Takacs Gabor: Relaxation and entropy generation after quenching quantum spin chains, SCIPOST PHYSICS 9: (1) 011, 2020 | | Balázs Pozsgay: Current operators in integrable spin chains: lessons from long range deformations, SciPost Phys. 8, 016 (2020), 2020 | | K. Hódsági, M. Kormos: Kibble–Zurek mechanism in the Ising Field Theory, SciPost Phys. 9, 055 (2020), 2020 | | Hutsalyuk, Arthur; Pozsgay, Balázs; Pristyák, Levente: The LeClair-Mussardo series and nested Bethe Ansatz, Nucl. Phys. B964: 115306, 2021., 2021 | | B. Bertini, L. Piroli, M. Kormos: Transport in the sine-Gordon field theory: From generalized hydrodynamics to semiclassics, Phys. Rev. B 100: 035108, 2019 | | Marius de Leeuw, Tamás Gombor, Charlotte Kristjansen, Georgios Linardopoulos and Balázs Pozsgay: Spin chain overlaps and the twisted Yangian, J. High Energ. Phys. 2020, 176 (2020), 2020 | | Márton Borsi, Balázs Pozsgay, and Levente Pristyák: Current Operators in Bethe Ansatz and Generalized Hydrodynamics: An Exact Quantum-Classical Correspondence, Phys. Rev. X 10: 011054, 2020 | | Balázs Pozsgay: Current operators in integrable spin chains: lessons from long range deformations, SciPost Phys. 8, 016 (2020), 2020 | | György Z. Fehér, Balázs Pozsgay: Generalized Gibbs Ensemble and string-charge relations in nested Bethe Ansatz, SciPost Phys. 8, 034 (2020), 2020 | | Gianluca Lagnese, Federica Maria Surace, Márton Kormos and Pasquale Calabrese: Confinement in the spectrum of a Heisenberg–Ising spin ladder, J. Stat. Mech. (2020) 093106, 2020 | | Zou, Haiyuan; Cui, Y.; Wang, X.; Zhang, Z.; Yang, J.; Xu, G.; Okutani, A.; Hagiwara, M.; Matsuda, M.; Wang, G.; Mussardo, G.; Hódsági, K.; Kormos, M.; He, Z. Z.; Kimura, S.; Yu, Rong; Yu, Weiqiang; Ma, Jie; Wu, Jianda: Exceptional E 8 symmetry in spin dynamics of quasi-one-dimensional antiferromagnet BaCo 2 V 2 O 8, https://arxiv.org/abs/2005.13302, 2020 | | Yunfeng Jiang & Balázs Pozsgay: On exact overlaps in integrable spin chains, J. High Energ. Phys. 2020, 22 (2020), 2020 | | K. Hódsági, M. Kormos: Kibble–Zurek mechanism in the Ising Field Theory, SciPost Phys. 9, 055 (2020), 2020 | | Balázs Pozsgay: Algebraic construction of current operators in integrable spin chains, Phys. Rev. Lett. 125, 070602 (2020), 2020 | | Hutsalyuk, Arthur; Pozsgay, Balázs; Pristyák, Levente: The LeClair-Mussardo series and nested Bethe Ansatz, https://arxiv.org/abs/2009.13203, 2020 | | B. Pozsgay, E. Vernier and M. A. Werner: On generalized Gibbs ensembles with an infinite set of conserved charges, J. Stat. Mech. (2017) 093103, 2017 | | M. Kormos: Inhomogeneous quenches in the transverse field Ising chain: scaling and front dynamics, SciPost Phys. 3, 020 (2017), 2017 | | D.X. Horváth and G. Takács: Overlaps after quantum quenches in the sine-Gordon model, Physics Letters B771 (2017) 539-545, 2017 | | M. Kormos and Z. Zimborás: Temperature driven quenches in the Ising model: appearance of negative Renyi mutual information, J. Phys. A: Math. Theor. 50 (2017) 264005, 2017 | | L. Piroli, B. Pozsgay and E. Vernier: From the quantum transfer matrix to the quench action: the Loschmidt echo in XXZ Heisenberg spin chains, J. Stat. Mech. (2017) 023106, 2016 | | M. Kormos, M. Collura, G. Takács and P. Calabrese: Real-time confinement following a quantum quench to a non-integrable model, Nature Physics 13 (2017) 246–249, 2017 | | L. Piroli, B. Pozsgay and E. Vernier: What is an integrable quench?, arXiv:1709.04796, 2017 | | L. Piroli, B. Pozsgay and E. Vernier: What is an integrable quench?, Nuclear Physics B 925 (2017) 362-402., 2017 | | M. Kormos, C.P. Moca and G. Zaránd: Semiclassical theory of front propagation and front equilibration following an inhomogeneous quantum quench, Phys. Rev. E 98, 032105 (2018), 2018 | | K. Hódsági, M. Kormos and G. Takács: Quench dynamics of the Ising field theory in a magnetic field, SciPost Phys. 5, 027 (2018), 2018 | | G.Z. Fehér and B. Pozsgay: The propagator of the finite XXZ spin-1/2 chain, arxiv preprint, 2018 | | B. Pozsgay: Overlaps with arbitrary two-site states in the XXZ spin chain, J. Stat. Mech. (2018) 053103, 2018 | | D.X. Horváth, M. Kormos and G. Takács: Overlap singularity and time evolution in integrable quantum field theory, J. High Energ. Phys. (2018) 2018: 170., 2018 | | D. X. Horváth, I. Lovas, M. Kormos, G. Takács and G. Zaránd: Non-equilibrium time evolution and rephasing in the quantum sine-Gordon model, Arxiv preprint, 2018 | | L. Piroli, B. Pozsgay and E. Vernier: Non-analytic behavior of the Loschmidt echo in XXZ spin chains: exact results, Nucl. Phys. B 933, 454-481 (2018), 2018 | | B. Pozsgay and I.M. Szécsényi: LeClair-Mussardo series for two-point functions in Integrable QFT, J. High Energ. Phys. (2018) 2018: 170., 2018 | | B. Pozsgay and O. Rákos: Exact boundary free energy of the open XXZ chain with arbitrary boundary conditions, J. Stat. Mech., in press., 2018 | | M. Collura, M. Kormos and G. Takács: Dynamical manifestation of Gibbs paradox after a quantum quench, Phys. Rev. A, in press., 2018 | | O. Pomponio, L. Pristyak and G. Takacs: Quasi-particle spectrum and entanglement generation after a quench in the quantum Potts spin chain, arXiv preprint, 2018 | | G.Z. Fehér and B. Pozsgay: The propagator of the finite XXZ spin-1/2 chain, SciPost Phys. 6 (2019) 063, 2019 | | D. X. Horváth, I. Lovas, M. Kormos, G. Takács and G. Zaránd: Non-equilibrium time evolution and rephasing in the quantum sine-Gordon model, Phys. Rev. A100 (2019) 013613, 2019 | | B. Pozsgay and O. Rákos: Exact boundary free energy of the open XXZ chain with arbitrary boundary conditions, J. Stat. Mech. (2018) 113102, 2018 | | M. Collura, M. Kormos and G. Takács: Dynamical manifestation of Gibbs paradox after a quantum quench, Phys. Rev. A 98 (2018) 053610, 2018 | | O. Pomponio, L. Pristyak and G. Takacs: Quasi-particle spectrum and entanglement generation after a quench in the quantum Potts spin chain, J. Stat. Mech. (2019) 013104, 2019 | | M. Lencsés, J. Viti and G. Takács: Chiral entanglement in massive quantum field theories in 1+1 dimensions, J. High Energ. Phys. (2019) 2019: 177., 2019 | | D.X. Horváth: Hydrodynamics of massless integrable RG flows and a non-equilibrium c-theorem, J. High Energ. Phys. (2019) 2019: 20, 2019 | | B. Pozsgay, L. Piroli and E. Vernier: Integrable Matrix Product States from boundary integrability, SciPost Phys. 6 (2019) 062, 2019 | | I. Kukuljan, S. Spyros and G. Takács: Violation of horizon by topological quantum excitations, arXiv eprint, 2019 | | L. Piroli, E. Vernier, P. Calabrese and B. Pozsgay: Integrable quenches in nested spin chains I: the exact steady states, J. Stat. Mech. (2019) 063103, 2019 | | L. Piroli, E. Vernier, P. Calabrese and B. Pozsgay: Integrable quenches in nested spin chains II: fusion of boundary transfer matrices, J. Stat. Mech. (2019) 063104, 2019 | | K. Hódsági, M. Kormos and G. Takács: Perturbative post-quench overlaps in quantum field theory, J. High Energ. Phys. (2019) 2019: 47., 2019 | | G. Fehér and B. Pozsgay: Generalized Gibbs Ensemble and string-charge relations in nested Bethe Ansatz, arXiv eprint, 2019 | | Kukuljan I., Sotiriadis S., Takács G.: Out-of-horizon correlations following a quench in a relativistic quantum field theory, JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS 2020: (7) 224, 2020 | | Lencses Máté, Pomponio Octavio, Takacs Gabor: Relaxation and entropy generation after quenching quantum spin chains, SCIPOST PHYSICS 9: (1) 011, 2020 | | Pozsgay Balazs, Jiang Yunfeng, Takacs Gabor: TTbar-deformation and long range spin chains, JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS (3) 092, 2020 | | D. Szász-Schagrin, B. Pozsgay and G. Takács: Weak integrability breaking and level spacing distribution, arXiv eprints, 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
