Von der Lokalisierung in ungeordneten Systemen zu neuen Formen der Vielteilchenlokalisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Fabian Heidrich-Meisner; Professor Dr. Roderich Moessner; Professor Dr. Frank Pollmann
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499180199

In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen —sowohl theoretisch als auch experimentell— unternommen, um Quantenthermalisierung zu verstehen: die Frage, wie sich geschlossene Quantensysteme unter unitärer Dynamik entwickeln und einen Zustand des thermischen Gleichgewichts erreichen. Es wird angenommen, dass die Thermalisierung durch die Eigenzustands-Thermalisierungshypothese (ETH) beschrieben wird. Danach verhält sich jeder Eigenzustand eines thermalisierenden Hamiltonians im Wesentlichen wie ein thermisches Ensemble bezüglich der Erwartungswerte lokaler Observablen. Aufgrund seiner Allgemeingültigkeit besteht großes Interesse an Systemen, die gegen die ETH verstoßen. Zwei bekannte Beispiele sind integrable Systeme und die vielteilchenlokalisierte (MBL) Phase, die bei starker Unordnung auftritt. In jüngerer Zeit wurden neue Mechanismen entdeckt, die zu nicht-ergodischem Verhalten führen, darunter kinetisch eingeschränkte Modelle (KCMs), wie sie beispielsweise in Rydberg-Ketten realisiert werden, und Lokalisierung in Gitter-Eichtheorien (LGT). In diesem Projekt werden wir neue Werkzeuge zur Charakterisierung von MBL in ungeordneten Systemen herleiten und das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Ergodizitätsbrechungsmechanismen untersuchen. Zunächst werden wir MBL in fermionischen und bosonischen Systemen mit Fokus auf die Einteilchen-Perspektive untersuchen, insbesondere unter Berücksichtigung der Analyse von Dichten. Einerseits werden wir experimentell zugängliche Einteilchengrößen und Snaptshotdaten verwenden, um die MBL-Phase sowie den MBL-Übergang zu charakterisieren. Andererseits werden wir auf frühere Arbeiten aufbauen und Einteilchenapproximationen untersuchen, um die dynamischen Eigenschaften von MBL-Systemen im Bereich starker Unordnung und schwacher Wechselwirkungen effizient zu untersuchen und diese Ansätze für Bosonen weiterzuentwickeln. Zweitens werden wir die Physik wechselwirkender Atome in stark geneigten Feldern in Gittersystemen untersuchen. Ein rein lineares Feld führt zu einem effektiven dipolerhaltenden Modell mit eingeschränkter Dynamik, das wiederum zu Hilbertraum-Fragmentierung und einer langsamen Dynamik in 1D führt. Wir werden dieses Konzept auf 2D-Systeme erweitern. Drittens werden wir den Effekt von Unordnung in Modellen mit eingeschränkter Dynamik untersuchen und den Übergang in eine MBL-Phase betrachten. Viertens werden wir die Möglichkeit untersuchen, MBL in D > 1-dimensionalen fraktonischen Systemen zu stabilisieren. Während erwartet wird, dass seltene Regionen MBL in generischen D > 1-dimensionalen Systemen destabilisieren, könnte der fragmentierte Hilbertraum einen praktikablen Weg darstellen, um einen Zusammenbruch von MBL zu vermeiden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5522: Quantenthermalisierung, Lokalisierung und eingeschränkte Dynamik mit wechselwirkenden ultrakalten Atomen