利用超冷原子探索掺杂量子磁体

在过去十年中，量子模拟器，尤其是光晶格中的冷原子，已成为研究强关联量子物质的重要工具。这些实验如今正进入数值上难以或无法触及的 regime。特别是，它们已开始兑现一项曾显著定义和塑造冷原子量子模拟领域的承诺，即探索掺杂和阻挫量子磁体，以及在费米子 Hubbard 模型中寻找高温超导的起源。尽管未来仍面临诸多挑战，例如需要进一步降低实验可实现的温度，但已取得令人瞩目的研究进展。其中，一维系统中的自旋-电荷分离已被证实，二维系统中的扩展反铁磁序已被观测到，与现代大规模数值模拟建立了联系，并在有限掺杂下对微观试探波函数进行了前所未有的比较。在许多方面，该领域已获得新境界，使旧观念接受新检验，并为下一代物理学家产生新的见解与灵感。本文第一部分回顾近年来冷原子实现 Fermi-Hubbard 模型所取得的成果。在第二部分中，基于当前领域现状，我们提出冷原子探索的一个新方向：即混合维度双层系统，其中电荷运动被限制在各层内，而层间通过自旋交换耦合。我们提出这些系统中一种新颖的强配对机制，使空穴对的形成在实验可实现的较高温度下成为可能。