論文の概要: Matter-induced plaquette terms in a $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.13192v1
• Date: Fri, 13 Feb 2026 18:57:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-16 23:37:54.086928
• Title: Matter-induced plaquette terms in a $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory
• Title（参考訳）: $\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論における物質誘起プラケット項
• Authors: Matjaž Kebrič, Fabian Döschl, Umberto Borla, Jad C. Halimeh, Ulrich Schollwöck, Annabelle Bohrdt, Fabian Grusdt,
• Abstract要約: 格子ゲージ理論(LGT)は、閉じ込め、トポロジカル秩序、エキゾチック量子物質を研究するための強力な枠組みを提供する。 我々は、物質がハミルトニアンにおいて明示的なプラケット項が存在しない場合でも、自然に大きなプラケット相互作用を引き起こすことを示した。 以上の結果から,強いプラケット項の実現と,大きなギャップで保護されたトポロジカル量子スピン液体の実現への自然な道が示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0025164636860318715
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Lattice gauge theories (LGTs) provide a powerful framework for studying confinement, topological order, and exotic quantum matter. In particular, the paradigmatic phenomenon of confinement, where dynamical matter is coupled to gauge fields and forms bound states, remains an open problem. In addition, LGTs can provide low-energy descriptions of quantum spin liquids, which is the focus of ongoing experimental research. However, the study of LGTs is often limited theoretically by their numerical complexity and experimentally in implementing challenging multi-body interactions, such as the plaquette terms crucial for the realization of many exotic phases of matter. Here we investigate a $(2+1)$D $\mathbb{Z}_2$ LGT coupled to hard-core bosonic matter featuring a global U(1) symmetry, and show that dynamical matter naturally induces sizable plaquette interactions even in the absence of explicit plaquette terms in the Hamiltonian. Using a combination of density matrix renormalization group simulations and neural quantum state calculations up to a system size of $20 \times 20$, we analyze the model across different fillings and electric field strengths. At small coupling strength, we find a large plaquette expectation value, independent of system size, for a wide range of fillings, which decreases in the presence of stronger electric fields. Furthermore, we observe signatures of a confinement-deconfinement transition at weak coupling strengths. Our results demonstrate that dynamical U(1) matter can induce complex multi-body interactions, suggesting a natural route to the realization of strong plaquette terms and paving the way for realizing a topological quantum spin liquid protected by a large gap.
• Abstract（参考訳）: 格子ゲージ理論(LGT)は、閉じ込め、トポロジカル秩序、エキゾチック量子物質を研究するための強力な枠組みを提供する。 特に、動的物質がゲージ場に結合し、境界状態を形成する閉じ込めのパラダイム的現象は、未解決の問題のままである。 加えて、LGTは、進行中の実験研究の焦点である量子スピン液体の低エネルギー記述を提供することができる。 しかしながら、LGTの研究は、その数値的な複雑さによって理論的に制限されることが多く、多くのエキゾチックな物質相の実現に不可欠なプラケット項のような、挑戦的な多体相互作用を実験的に実装している。 ここでは、2+1)$D $\mathbb{Z}_2$ LGT を大域 U(1) 対称性を持つハードコアボソニックな物質に結合し、ハミルトニアンにおいて明示的なプラケット項が存在しない場合でも、動的物質が自然に大きなプラケット相互作用を引き起こすことを示す。 密度行列再正規化グループシミュレーションとニューラル量子状態計算の組み合わせを用いて、異なる充填量および電界強度のモデルを分析する。 結合強度が小さいと、より強い電場の存在が減少する広範囲の充填物に対して、システムサイズに依存しない大きなプラケット期待値が見つかる。 さらに,弱結合強度における閉じ込め分解遷移のシグネチャも観察する。 その結果, 動的U(1)物質は複雑な多体相互作用を誘発し, 強いプラケット項の実現への自然な経路を示唆し, 大きなギャップで保護されたトポロジカル量子スピン液体の実現への道を開いた。

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