論文の概要: Observing Spatial Charge and Spin Correlations in a Strongly-Interacting Fermi Gas
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01885v1
- Date: Wed, 02 Apr 2025 16:42:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-03 13:18:06.435470
- Title: Observing Spatial Charge and Spin Correlations in a Strongly-Interacting Fermi Gas
- Title（参考訳）: 強相互作用フェルミガス中の空間電荷とスピン相関の観測
- Authors: Cyprien Daix, Maxime Dixmerias, Yuan-Yao He, Joris Verstraten, Tim de Jongh, Bruno Peaudecerf, Shiwei Zhang, Tarik Yefsah,
- Abstract要約: 2次元相関フェルミオンは、幅広い基本的および技術的範囲をカバーする量子物質の基盤を構成する。
本研究では, 空間電荷とスピン相関を求めることにより, 二次元フェルミガスを微視的に観察する。
原子分解型量子ガス顕微鏡を用いて、フェルミオンペアリングを直接観察し、2点相関関数と3点相関関数の進化を研究する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.73946063683606
- License:
- Abstract: Two-dimensional correlated fermions constitute a cornerstone of quantum matter, covering a broad fundamental and technological scope, and have attracted increasing interest with the emergence of modern materials such as high-$T_{\rm c}$ superconductors, graphene, topological insulators, and Moir\'e structures. Atom-based quantum simulators provide a new pathway to understand the microscopic mechanisms occurring at the heart of such systems. In this work, we explore two-dimensional attractive Fermi gases at the microscopic level by probing spatial charge and spin correlations in situ. Using atom-resolved continuum quantum gas microscopy, we directly observe fermion pairing and study the evolution of two- and three-point correlation functions as inter-spin attraction is increased. The precision of our measurement allows us to reveal a marked dip in the pair correlation function, fundamentally forbidden by the mean-field result based on Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theory but whose existence we confirm in exact auxiliary-field quantum Monte Carlo calculations. We demonstrate that the BCS prediction is critically deficient not only in the superfluid crossover regime but also deep in the weakly attractive side. Guided by our measurements, we find a remarkable relation between two- and three-point correlations that establishes the dominant role of pair-correlations. Finally, leveraging local single-pair losses, we independently characterize the short-range behavior of pair correlations, via the measurement of Tan's Contact, and find excellent agreement with numerical predictions. Our measurements provide an unprecedented microscopic view into two-dimensional Fermi gases and constitute a paradigm shift for future studies of strongly-correlated fermionic matter in the continuum.
- Abstract（参考訳）: 2次元相関フェルミオンは、量子物質の基盤となり、幅広い基礎と技術の範囲をカバーし、高T_{\rm c}$超伝導体、グラフェン、トポロジカル絶縁体、モワール構造といった近代的な物質が出現するにつれて、関心が高まりつつある。
原子ベースの量子シミュレーターは、そのような系の中心で起こる微視的なメカニズムを理解するための新しい経路を提供する。
本研究では, 空間電荷とスピン相関を求めることにより, 二次元フェルミガスを微視的に観察する。
原子分解連続型量子ガス顕微鏡を用いて、フェルミオンペアリングを直接観察し、スピン間アトラクションの増加に伴い、2点および3点相関関数の進化を研究する。
我々の測定精度は、バーディーン=クーパー=シュリーファー(BCS)理論に基づく平均場結果によって基本的に禁止されるペア相関関数のマークディップを明らかにすることができるが、その存在は正確な補助場量子モンテカルロ計算で確認できる。
我々は、BCS予測が超流動的なクロスオーバー体制だけでなく、弱い魅力の面でも致命的な欠陥があることを実証した。
その結果,2点相関と3点相関が有意な相関関係にあることが明らかとなった。
最後に、局所的な単対損失を利用して、Tan's Contactの測定により、ペア相関の短距離挙動を独立に特徴づけ、数値予測に優れた一致を見出す。
我々の測定は、2次元フェルミガスに対する前例のない微視的な観察を提供し、連続体における強相関性フェルミオン物質の将来の研究のパラダイムシフトを構成する。
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