Multi-species Systems in Optical Lattices: From Orbital Physics in Excited Bands to Effects of Disorder

این پایان نامه بسیار بین رشته ای طیف گسترده ای از موضوعات مربوط به رابط اتم های سرد، شبیه سازی کوانتومی، مغناطیس کوانتومی و بی نظمی را پوشش می دهد. با ارائه ای مستقل، یک نمای کلی از منطقه به سرعت در حال تکامل اتم های سرد ارائه می دهد و هم برای دانشجویان کارشناسی و هم برای محققانی که در این زمینه کار می کنند مورد علاقه است.
شروع با یک مقدمه کلی بر فیزیک اتم های سرد و نوری شبکه‌ها، این نظریه را به سیستم‌هایی با اتم‌های چند گونه‌ای مختلف گسترش می‌دهد. این تئوری سیستم‌های کوانتومی چند جسمی را در باندهای برانگیخته (شبکه‌های نوری) از طریق مطالعه گسترده خواص هر دو رژیم میدان متوسط ​​و رژیم‌های همبسته قوی، به پیش می‌برد. تأکید ویژه بر زمینه شبیه‌سازی کوانتومی است، جایی که همانطور که در اینجا نشان داده شده است، درجه آزادی مداری در باندهای برانگیخته امکان مطالعه مدل‌های عجیب و غریب مغناطیس را فراهم می‌کند که به راحتی با سیستم‌های جایگزین قبلی قابل دستیابی نیستند. علاوه بر این، مدل جدیدی همیلتونی را پیشنهاد می‌کند که به عنوان شبیه‌ساز کوانتومی سیستم‌های بی‌نظم مختلف در کلاس‌های تقارن مختلف عمل می‌کند که به راحتی می‌تواند به صورت تجربی بازتولید شود. این امر به ویژه برای مطالعه بی نظمی در سیستم های کوانتومی دو بعدی بسیار جالب است.

This highly interdisciplinary thesis covers a wide range of topics relating to the interface of cold atoms, quantum simulation, quantum magnetism and disorder. With a self-contained presentation, it provides a broad overview of the rapidly evolving area of cold atoms and is of interest to both undergraduates and researchers working in the field.
Starting with a general introduction to the physics of cold atoms and optical lattices, it extends the theory to that of systems with different multispecies atoms. It advances the theory of many-body quantum systems in excited bands (of optical lattices) through an extensive study of the properties of both the mean-field and strongly correlated regimes. Particular emphasis is given to the context of quantum simulation, where as shown here, the orbital degree of freedom in excited bands allows the study of exotic models of magnetism not easily achievable with the previous alternative systems. In addition, it proposes a new model Hamiltonian that serves as a quantum simulator of various disordered systems in different symmetry classes that can easily be reproduced experimentally. This is of great interest, especially for the study of disorder in 2D quantum systems.