Theoretical Solid State Physics Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants
Alves Vidal de Seabra, Luis Miguel Kiss, Annamária Lajkó, Miklós Legeza, Örs Romhányi, Judit Tóth, Tamás András Varjas, Dániel
Starting date
2008-07-01
Closing date
2012-07-30
Funding (in million HUF)
9.197
FTE (full time equivalent)
6.78
state
closed project
Summary in Hungarian
Az alacsonyhőmérsékletű atomi gázok és mezoszkopikus szerkezetek tanulmányozásában elért újabb kísérleti előrelépések lehetővé teszik olyan rendszerek készítését, amelyekben a fermionok és bozonok közötti kölcsönhatás finoman hangolható. Ezekkel az új és jól definiált Hamilton operátorral rendelkező mesterséges rendszerekkel olyan jelenségeket tanulmányozhatunk, amelyek szokásos erősen korrelált d- ill. f- elektron rendszerekben, továbbá szerves vezetőkben fordulnak elő. Ezek a hangolható rendszerek további új erősen korrelált kvantum fázisokat és fázisátalakulásokat is mutatnak, amelyeknek nincs ismert párja korrelált d- és f-elektron anyagokban.
A jelen pályázatban egy- és kétdimenziós alacsonyhőmérsékletű atomi gázok egzotikus fázisainak és fázisátalakulásainak, valamint egyszerű mezoszkopikus rendszerek kvantum fázisátalakulásainak vizsgálatát tervezzük. Többek között vizsgálnánk 3-komponensű vonzó (ill. taszító) fermion és bozon rendszereket: vonzó kölcsönhatás esetében az új, általunk felfedezett trion-szupravezető fázisátalakulás dinamikáját, taszító kölcsönhatás esetében pedig a Mott-szigetelő fázisban a nematikus fázisok mibenlétét szeretnénk tanulmányozni. Kutatásaink tárgyát képezik majd továbbá kvantum fázisátalakulást mutató sok-pötty rendszerek is.
Vizsgálataink során hathatós numerikus és analitikus módszereket ötvözünk majd, közöttük sűrűség mátrix renormálási csoport (DMRG) és sűrűség mátrix numerikus renormálási csoport (DMNRG), illetve dinamikus átlagtérelmélet (DMFT) módszereket, továbbá bozonizációt, variációs közelítést, segédrészecske számolást, valamint effektív térelméleti megközelítést is alkalmazunk. Analízisünk fontos lépést jelent majd a korrelált anyag újszerű fázisainak megértésben.
Summary
Recent developments in experiments on ultracold atomic gases and mesoscopic devices made it possible to fabricate systems of interacting bosons and fermions with tunable parameters and geometry. These new artificial systems can be used to simulate phenomena occurring in traditional strongly correlated systems like d and f electron materials and organic conductors, however, the Hamiltonians that describe them are much better defined. Moreover, these tunable systems also exhibit new strongly correlated quantum phases and phase transitions, which do not have a known counterpart in d- and f-electron systems.
In the present proposal we shall study exotic phases and phase transitions of interacting cold atoms in one and two dimension, and investigate quantum phase transitions in simple correlated mesoscopic structures. Among others, we plan to study 3-component fermionic and bosonic systems with both attractive and repulsive interactions. We shall explore the dynamics of a new trion-superconductor phase transition, recently discovered by some of us, and also the structure of the Mott insulating phase, where spin-nematic phases appear. Multi-dot systems displaying quantum phase transitions shall also be investigated.
We shall combine powerful numerical and analytical methods such as density matrix and density matrix numerical renormalization group (DMRG and DMNRG) methods, exact diagonalization (ED), dynamical mean field theory (DMFT), and also modern field theoretical methods such as bosonization, variational approaches, slave particle calculations, and effective field theoretical computations to understand the structure of these novel phases of matter.
