光子晶格中的 Berezinskii-Kosterlitz-Thouless 相变
量子气体
2013-04-26 v1
摘要
相变为多体系统提供了关键见解，因为不同有序区域之间的交叉由底层动力学决定。而这些动力学往往受维度和几何结构的约束。例如，在具有连续对称性的一维和二维系统中，热涨落阻止了长程有序的形成 [1,2]。二维系统尤为重要，因为涡旋可以在平面内形成但不能倾斜出平面。在高温下，这些涡旋的随机运动破坏了大尺度相干性。在低温下，自旋相反的涡旋可以配对，抵消其环量，从而允许准长程有序出现。这种 Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) 相变 [3,4] 本质上是经典的，例如出现在传统的自旋 XY 模型中，但迄今为止实验证据仅在冷量子系统中获得。超流体声速 [5] 和临界速度 [6] 的测量与标度预测一致，并且在冷原子实验中直接观测到了涡旋 [7,8]。然而，囚禁势的存在将测量限制在涡旋密度而非数量上，并掩盖了涡旋解绑的过程。此外，原子和流体实验受到寄生加热和相位记录困难的影响，导致结果在许多定量方面与理论存在差异。在此，我们利用非线性光学系统直接观测理想的 BKT 相变，包括涡旋对动力学和波函数的关联性质，涵盖了排斥和吸引相互作用（即铁磁和反铁磁条件的光子等效物 [9]）。结果证实了 BKT 相变的热力学，并揭示了向超流性和 Bose-Einstein 凝聚交叉过程中存在的未决问题。
引用
@article{arxiv.1304.6980,
title = {Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition in a photonic lattice},
author = {Guohai Situ and Stefan Muenzel and Jason W. Fleischer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1304.6980},
year = {2013}
}
备注
7 pages, 4 figures