論文の概要: Probing chiral edge dynamics and bulk topology of a synthetic Hall system

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.01664v2
• Date: Tue, 5 Jan 2021 10:42:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-14 03:02:47.875190
• Title: Probing chiral edge dynamics and bulk topology of a synthetic Hall system
• Title（参考訳）: 合成ホール系のキラルエッジダイナミクスの探索とバルクトポロジー
• Authors: Thomas Chalopin, Tanish Satoor, Alexandre Evrard, Vasiliy Makhalov, Jean Dalibard, Raphael Lopes, Sylvain Nascimbene
• Abstract要約: 量子ホール系は、基礎となる量子状態の位相構造に根ざしたバルク特性であるホール伝導の量子化によって特徴づけられる。 ここでは, 超低温のジスプロシウム原子を用いた量子ホール系を, 空間次元の2次元形状で実現した。 磁気サブレベルが多数存在すると、バルクおよびエッジの挙動が異なることが示される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 52.77024349608834
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum Hall systems are characterized by the quantization of the Hall conductance -- a bulk property rooted in the topological structure of the underlying quantum states. In condensed matter devices, material imperfections hinder a direct connection to simple topological models. Artificial systems, such as photonic platforms or cold atomic gases, open novel possibilities by enabling specific probes of topology or flexible manipulation e.g. using synthetic dimensions. However, the relevance of topological properties requires the notion of a bulk, which was missing in previous works using synthetic dimensions of limited sizes. Here, we realize a quantum Hall system using ultracold dysprosium atoms, in a two-dimensional geometry formed by one spatial dimension and one synthetic dimension encoded in the atomic spin $J=8$. We demonstrate that the large number of magnetic sublevels leads to distinct bulk and edge behaviors. Furthermore, we measure the Hall drift and reconstruct the local Chern marker, an observable that has remained, so far, experimentally inaccessible. In the center of the synthetic dimension -- a bulk of 11 states out of 17 -- the Chern marker reaches 98(5)\% of the quantized value expected for a topological system. Our findings pave the way towards the realization of topological many-body phases.
• Abstract（参考訳）: 量子ホール系は、基礎となる量子状態の位相構造に根ざしたバルク特性であるホール伝導の量子化によって特徴づけられる。 凝縮物質装置では、材料欠陥は単純なトポロジカルモデルとの直接的な接続を妨げる。 フォトニックプラットフォームやコールドアトミックガスなどの人工システムは、トポロジーの特定のプローブや、合成次元を用いたフレキシブルな操作を可能にすることによって、新しい可能性を開く。 しかし、トポロジカルな性質の関連性はバルクの概念を必要とするが、これは以前の研究では限られた大きさの合成次元を使用していなかった。 ここでは、超低温ジスプロシウム原子を用いた量子ホール系を、原子スピン$J=8$で符号化された1つの空間次元と1つの合成次元からなる2次元幾何学で実現する。 多数の磁気サブレベルが異なるバルクとエッジの挙動をもたらすことを実証する。 さらに, ホールのドリフトを計測し, 観測不可能な局所チャーンマーカーを復元した。 合成次元の中心、すなわち17の内11の状態では、チャーンマーカーはトポロジカルシステムで期待される量子化値の98(5)\%に達する。 本研究はトポロジカル多体相の実現に向けての道を開くものである。

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