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Projekt
Floquet engineering und Kontrolle topologischer Systeme optischer Gitter
Antragsteller
Professor Dr. André Eckardt
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277974659
Die erfolgreiche Realisierung künstlicher Magnetfelder und topologischer Bandstrukturen in optischen Gittern, führte u.a. zur Messung einer quantisierten Hall-Antwort, zur Bestimmung von Chern-Zahlen aus der Dynamik fern des Gleichgewichts, und zur Beobachtung chiraler Randmoden. Diese Experimente sind durch die einzigartigen (und im Vergleich zu Festkörpern komplementären) Eigenschaften von Quantengasen motiviert. So erlauben diese die saubere Realisierung verstimmbarer minimaler Gittermodelle, Messungen und Manipulationen mit Einzelgitterplatzauflösung und die Untersuchung kohärenter Vielteilchendynamik. Letzteres ergibt sich aus der extrem guten Isolation und der Möglichkeit diese Systeme auf ihren intrinsischen Zeitskalen zu kontrollieren und zu beobachten. Dies liegt auch der Erzeugung starker künstlicher Magnetfelder mit Hilfe von zeitperiodischem Antrieb (Floquet engineering) zu Grunde.Ein wichtiges Ziel ist die Realisierung wechselwirkender topologischer Systeme, für welches wir die folgenden Fragen addressieren werden: Durch Unordnung induzierte (Vielteilchen-)Lokalisierung wurde als Mittel zur Unterdrückung von antriebsinduziertem Heizen betrachtet und kann topologische Anderson-Isolatoren induzieren. Diese Effekte wurden jedoch innerhalb von Niedrigenergie-Theorien beschrieben. Wir werden die offene Frage nach ihrer Stabilität gegenüber ungewollten Multiphotonen-Übergängen in angeregte Bänderuntersuchen. Eine weitere Strategie gegen antriebsinduziertes Heizen ist die Kopplung an ein Bad (z.B.\ eine zweite Atomsorte). Wir werden daher offene Floquet-Systeme untersuchen und Methoden entwickeln, um diese auch jenseits extrem schwacher System-Bad-Kopplung mit Hilfe effizienter Quantentrajektorien-Simulationen zu beschreiben. Neben der Stabilisierung topologischer Zustände, sindderen adiabatische Präparation und Nachweis ebenso wichtig. Wir werden Protokolle zur Präparation fraktionaler Chern-Isolatoren undfür den Nachweis ihrer fraktionalen Quasiteilchen-Statistik entwickeln. Dies beinhaltet auch die Betrachtung von (bislang noch nichtrealisierten) Magnetfeld-Rampen. Der Einfluss von Wechselwirkung auf die Messung topologischer Invarianten soll im Rahmen vonSimulationen untersuchen werden. Dies betrifft auch Windungszahlen, welche anomale toplogische Floquet-Isolatoren jeseits ihrer Chern-Zahlen charakterisieren. Wir werden ferner eine Beschreibung dieser Systeme mit Floquet-Flussgleichungen entwickeln. Schließlich möchten wir ein Gittermodell für die kürzlich vorhergesagten "Traid"-Anyonen ausarbeiten und Vorschläge zu dessen Implementierung durch Floquet engineering vorlegen. Die formulierten Ziele werden in enger Zusammenarbeit mit anderen theoretischen und experimentellen Gruppen der Forschungsgruppe durchgeführt.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
