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Projekt
Topologische Vielteilchenphasen von Bosonen und Fermionen in getriebenen optischen Gittern
Antragsteller
Professor Dr. Klaus Sengstock; Dr. Christof Weitenberg
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277974659
Seit der Entdeckung des Quanten-Hall-Effekts hat sich Topologie als zentrales Konzept zur Klassifikation von Quantenmaterie etabliert, das exotische Quantenphasen jenseits der Klassifikation über Symmetriebrechung beschreibt. Das anhaltende Interesse wird durch die Entdeckungen einer Vielzahl von Effekten und durch mögliche Anwendungen in der Metrologie und in topologischen Quantencomputern befeuert. Zur Quantensimulation von topologischer Materie mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern wurden künstliche Eichfelder für elektrisch neutrale Teilchen mit Methoden des Floquet-Treibens erfolgreich erzeugt und paradigmatische topologische Modelle realisiert. Die Möglichkeit Eichfelder mit einstellbaren und starken Wechselwirkungen zu kombinieren ist essentiell für die Realisierung von wechselwirkenden topologischen Phasen, z.B. fraktionalen Chern Isolatoren, und der exzellente Zugang von Experimenten mit ultrakalten Atomen verspricht, ein umfassendes Verständnis dieser Phasen zu etablieren. Das Hamburger Team hat Pionierarbeit zu Floquet-getriebene Eichfeldern in optischen Gittern geleistet und die erste vollständig impulsaufgelöste Messung der Berry-Krümmung und im Rahmen der Forschungsgruppe die erste Messung der Chernzahl über eine dynamische 'Linking Number' sowie über den zirkularen Dichroismus realisiert. Außerdem hat das Team Techniken des maschinellen Lernens für eine verbesserte Identifikation von topologischen Phasenübergängen eingeführt.In der zweiten Förderperiode wird das Hamburger Projekt auf diesen Techniken aufbauen und das Wechselspiel von Topologie und Wechselwirkungen im schwach und stark wechselwirkenden Regime studieren. Wir werden Vielteilchen-Phasen von Bosonen und Fermionen in topologischen Bandstrukturen präparieren und diese sowohl im Gleichgewicht als auch über die Dynamik nach einem Quench charakterisieren. Wir werden ein hexagonales Übergitter implementieren, das für die Präparation von fraktionalen Füllungen essentiell ist, das aber auch die Untersuchung von topologischen Dreiband-Modellen in getriebenen Kagome-Gittern erlaubt. Darüber hinaus werden wir quasi-periodische Gitterpotentiale implementieren und das Wechselspiel mit Topologie und Wechselwirkungen studieren, wobei wir sowohl die topologische Robustheit gegenüber Unordnung als auch 2d topologische Anderson Isolatoren beobachten wollen. Das Hamburger Projekt wird eng mit den Theorie-Projekten und experimentellen Projekten in der Forschungsgruppe zusammenarbeiten, sowohl über direkte Vergleiche zwischen experimentellen Daten und numerischen Rechnungen, als auch an der Erarbeitung von geeigneten Protokollen zur Realisierung und Charakterisierung von exotischen topologischen Phasen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
