姚宏研究组在准周期系统的多体局域化相变研究方面取得重要进展

 

多体局域化(many-body localization)是指相互作用的量子体系不会自发实现热平衡,而会保持对于初始量子态的记忆。这是近年来物理学家重点关注并且具有丰富潜在应用的新奇物态之一。理解多体局域化的产生机制、相变行为和临界现象是凝聚态物理中重要而紧迫的问题。近日,清华大学低维量子物理国家重点实验室成员、高等研究院教授姚宏和其所指导的博士生张士欣提出新的实空间重整化群计算方法,首次精确揭示了准周期系统中多体局域化相变的临界行为,并给出了多体局域化相变中存在两种不同普适类的物理图像。

虽然无序机制导致的多体局域化是物理学家们多年来研究多体局域化的重点,但最近的冷原子实验在准周期的光晶格体系中首次观测到了多体局域化的证据。形成这种多体局域化的机制并非无序而是准周期性。对于准周期性这一新的多体局域化产生机制的研究在理论和实验上都具有非常重要的意义。

为了精确研究准周期系统中多体局域化的临界行为,博士生张士欣和姚宏教授提出了新型的实空间重整化群计算方法,对准周期系统中的多体局域化相变进行了大规模计算和分析。他们通过计算得出了准周期系统中局域化相变的临界指数,并且确认了准周期性和无序这两种机制产生的多体局域化相变属于不同的临界普适类。进一步地,数值结果表明准周期系统中的局域化相变不受较小的无序的影响,这一关键的结果为多体局域化相关实验的解释和分析奠定了基础,也改变了之前理论上对于局域化相变临界行为分类的认知。同时,这一工作中创新性地改进了实空间重整化群方法,也为定量分析其他可能的多体局域化系统提供了重要工具。

 

 

该项研究工作还讨论了多体局域化相变临界行为的可能的定量实验观测手段。该工作的计算联系了相变的临界指数和在格里菲斯区域的输运行为,并给出了具体的观察量的建议和分析,从而为进一步的实验观测提供了有力的理论支撑。该研究成果以“Universal Properties of Many-Body Localization Transitions in Quasiperiodic Systems”为题,2018年11月13日在线发表于《Physical Review Letters》[PRL 121, 206601 (2018)]。高等研究院博士生张士欣为论文第一作者,姚宏教授为论文通讯作者。该研究工作得到了低维量子物理国家重点实验室自主科研基金、国家重点研发计划项目“二维新型量子体系的设计、调控和原型器件探索”、和国家自然科学基金等的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.206601