論文の概要: Orbital Wigner functions and quantum transport in multiband systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.14026v1
- Date: Wed, 19 Feb 2025 19:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-21 14:26:33.351873
- Title: Orbital Wigner functions and quantum transport in multiband systems
- Title（参考訳）: マルチバンド系における軌道ウィグナー関数と量子輸送
- Authors: Johannes Mitscherling, Dan S. Borgnia, SuryaNeil Ahuja, Joel E. Moore, Vir B. Bulchandani,
- Abstract要約: マルチバンドフェルミオン系における量子コヒーレント物理を正確に捉えた「軌道ウィグナー関数」に基づく輸送形式を導入する。
我々は、軌道ウィグナー関数が従来のボルツマン理論を超える電子力学の強い非平衡特性を正確に捉えることを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Traditional theories of electron transport in crystals are based on the Boltzmann equation and do not capture physics arising from quantum coherence. We introduce a transport formalism based on ''orbital Wigner functions'', which accurately captures quantum coherent physics in multiband fermionic systems. We illustrate the power of this approach compared to traditional semiclassical transport theory by testing it numerically against microscopic simulations of one-dimensional, non-interacting, two-band systems -- the simplest systems capable of exhibiting inter-orbital coherence. We show that orbital Wigner functions accurately capture strongly non-equilibrium features of electron dynamics that lie beyond conventional Boltzmann theory, such as the ballistic transport of a relative phase between microscopic orbitals and topological Thouless pumping of charge both at non-zero temperature and away from the adiabatic limit. Our approach is motivated in part by modern ultracold atom experiments that can prepare and measure far-from-equilibrium charge transport and phase coherence in multiband fermionic systems, calling for correspondingly precise theories of transport. The quantitative accuracy exhibited by our approach, together with its capacity to capture nontrivial physics even at the ballistic scale, establishes orbital Wigner functions as an ideal starting point for developing a fully systematic theory of transport in crystals.
- Abstract（参考訳）: 伝統的に結晶中の電子輸送の理論はボルツマン方程式に基づいており、量子コヒーレンスから生じる物理を捉えない。
マルチバンドフェルミオン系における量子コヒーレント物理を正確に捉えた「軌道ウィグナー関数」に基づく輸送形式を導入する。
従来の半古典的輸送理論と比較して、この手法のパワーを、1次元、非相互作用、2バンド系の顕微鏡シミュレーション(軌道間コヒーレンスを示すことのできる最も単純なシステム)に対して数値的にテストすることで説明する。
例えば、顕微鏡軌道間の相対位相の弾道移動や、非零温度および断熱限界から離れた電荷のトポロジカルなThouless pumpingなどである。
我々のアプローチは、多バンドフェルミオン系における遠方からの電荷輸送と位相コヒーレンスを準備し、測定できる近代的な超低温原子実験によって部分的に動機づけられている。
我々のアプローチが示す量的精度は、弾道スケールでも非自明な物理を捉える能力とともに、結晶の輸送に関する完全に体系的な理論を開発するための理想的な出発点として軌道ウィグナー関数を確立する。
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