使用基于掺杂剂的量子点二维晶格模拟扩展 Fermi-Hubbard 模型
量子物理
2022-11-30 v1 强关联电子
摘要
Hubbard 模型是理解凝聚态系统中核心多体物理的主要模型之一，例如 Mott 绝缘体和铜氧化物高温超导体。近期在使用扫描隧道显微镜 (STM) 进行硅中原子级精确制备方面的进展，使得单掺杂剂和少掺杂剂量子点的逐原子制备以及基于掺杂剂器件中的隧穿原子级控制成为可能。然而，多组件器件复杂的制备要求意味着使用这些系统模拟二维 (2D) Fermi-Hubbard 物理尚未得到证实。在这里，我们通过整合原子制备方面的最新进展，克服了这些挑战，并展示了使用 STM 制备的 3x3 单/少掺杂剂量子点阵列对二维扩展 Fermi-Hubbard 哈密顿量进行模拟量子模拟。我们展示了低温量子输运和使用面内门控对电子系综的调控，作为表征多体性质（如电荷增加、隧穿耦合和阵列内无序的影响）的有效探针。通过以亚纳米精度控制阵列晶格常数，我们展示了跳跃幅度和长程相互作用的调控，并观察到了阵列中从 Mott 绝缘体到金属行为转变的有限尺寸类比。通过提高测量温度，我们模拟了输运光谱中热激活跳跃和 Hubbard 带形成的影响。我们将模拟量子模拟与数值模拟结果进行了比较，以帮助理解阵列内的能谱和共振隧穿。本研究展示的结果为新一类工程化人工晶格模拟强关联材料的扩展 Fermi-Hubbard 模型提供了一个起点。
引用
@article{arxiv.2110.08982,
title = {Quantum Simulation of an Extended Fermi-Hubbard Model Using a 2D Lattice of Dopant-based Quantum Dots},
author = {Xiqiao Wang and Ehsan Khatami and Fan Fei and Jonathan Wyrick and Pradeep Namboodiri and Ranjit Kashid and Albert F. Rigosi and Garnett Bryant and Richard Silver},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.08982},
year = {2022}
}