論文の概要: Probing the magnetic origin of the pseudogap using a Fermi-Hubbard quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.17801v1
- Date: Mon, 23 Dec 2024 18:58:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-24 15:55:41.841980
- Title: Probing the magnetic origin of the pseudogap using a Fermi-Hubbard quantum simulator
- Title（参考訳）: Fermi-Hubbard量子シミュレータによる擬ギャップの磁源探索
- Authors: Thomas Chalopin, Petar Bojović, Si Wang, Titus Franz, Aritra Sinha, Zhenjiu Wang, Dominik Bourgund, Johannes Obermeyer, Fabian Grusdt, Annabelle Bohrdt, Lode Pollet, Alexander Wietek, Antoine Georges, Timon Hilker, Immanuel Bloch,
- Abstract要約: 強い相関を持つ物質では、相互作用する電子は絡み合って集合量子状態を形成する。
超伝導は、臨界温度を超える異常な擬ギャップの金属状態から低いドーピングで現れる。
我々は、量子ガス顕微鏡Fermi-Hubbardシミュレータを用いて、幅広いドーピングレベルと温度を探索する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.29758729899544
- License:
- Abstract: In strongly correlated materials, interacting electrons are entangled and form collective quantum states, resulting in rich low-temperature phase diagrams. Notable examples include cuprate superconductors, in which superconductivity emerges at low doping out of an unusual ``pseudogap'' metallic state above the critical temperature. The Fermi-Hubbard model, describing a wide range of phenomena associated with strong electron correlations, still offers major computational challenges despite its simple formulation. In this context, ultracold atoms quantum simulators have provided invaluable insights into the microscopic nature of correlated quantum states. Here, we use a quantum gas microscope Fermi-Hubbard simulator to explore a wide range of doping levels and temperatures in a regime where a pseudogap is known to develop. By measuring multi-point correlation functions up to fifth order, we uncover a novel universal behaviour in magnetic and higher-order spin-charge correlations. This behaviour is characterized by a doping-dependent energy scale that governs the exponential growth of the magnetic correlation length upon cooling. Accurate comparisons with determinant Quantum Monte Carlo and Minimally Entangled Typical Thermal States simulations confirm that this energy scale agrees well with the pseudogap temperature $T^{*}$. Our findings establish a qualitative and quantitative understanding of the magnetic origin and physical nature of the pseudogap and pave the way towards the exploration of pairing and collective phenomena among charge carriers expected to emerge at lower temperatures.
- Abstract（参考訳）: 強い相関を持つ物質では、相互作用する電子は絡み合って集合量子状態を形成し、結果として豊富な低温相図を形成する。
有名な例としては銅酸化物超伝導体があり、超伝導は臨界温度を超える異常な「pseudogap」金属状態から低いドーピングで現れる。
フェルミ・ハッバードモデル(英語版)は、強い電子相関に関する幅広い現象を記述しているが、その単純な定式化にもかかわらず、依然として大きな計算上の課題がある。
この文脈において、超低温原子量子シミュレータは、相関量子状態の微視的な性質に関する貴重な洞察を与えている。
ここでは、量子ガス顕微鏡Fermi-Hubbardシミュレータを用いて、擬似ギャップが発達することが知られている状態において、幅広いドーピングレベルと温度を探索する。
多点相関関数を最大5次まで測定することにより、磁気および高次スピンチャージ相関における新しい普遍的挙動を明らかにする。
この挙動は、冷却時の磁気相関長の指数的成長を管理するドーピング依存エネルギースケールによって特徴づけられる。
このエネルギースケールは擬ギャップ温度$T^{*}$とよく一致している。
本研究は, 擬似ギャップの磁気的起源と物理的性質の質的, 定量的な理解を確立し, 低温で発生すると思われる荷電担体間のペアリングと集合現象の探索への道を開くものである。
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