Colloquium
Магнитные топологические солитоны в одном, двух и трёх измерениях
6 июня в 11:30
Константин Метлов (ДонФТИ)
Известно, что в магнитоупорядоченных средах, допускающих описание в терминах непрерывного векторного поля локальной намагниченности, могут существовать стабильные топологически нетривиальные магнитные состояния. Они соответствуют различным отображениям сферы на сферу. Целевая сфера -- множество точек на которых лежат концы векторов намагниченности (фиксированной длины), а исходная сфера -- пространство с наложенными периодическими граничными условиями на бесконечности. Одномерные (зависящие только от одной пространственной координаты) конфигурации соответствуют отображениям $S^1\to S^2$, двумерные (солитоны Белавина-Полякова) отображениям $S^2\to S^2$, а трёхмерные (магнитные хопфионы) отображениям $S^3\to S^2$. Все они распадаются на пронумерованные целыми числами (задающими количество солитонов в системе) гомотопические классы. Доклад посвящён вопросам стабильности, равновесия и (немного) динамики таких конфигураций, рассматриваемых с позиций теории микромагнетизма. Основные представленные результаты изложены в работах [1-5], но будут и более новые.
[1] K. L. Metlov, Simple analytical description of the cross-tie domain wall structure, Appl. Phys. Lett. 79(16) 2609 (2001).
[2] K. L. Metlov, Magnetization patterns in ferromagnetic nano-elements as functions of complex variable, Phys. Rev. Lett. 105(10) 107201(2010).
[3] K. L. Metlov, Equilibrium large vortex state in ferromagnetic disks, J. Appl. Phys. 113(22) 223905 (2013).
[4] K. L. Metlov, Vortex mechanics in planar nanomagnets, Phys. Rev. B. 88(1) 014427 (2013).
[5] K. L. Metlov, Two types of metastable hopfions in bulk magnets, Physica D 443, 133561 (2023).
Двумерные топологические изоляторы и полуметаллы на основе HgTe
30 мая в 11:30
З. Д. Квон (ИФП СО РАН, Новосибирск)
В докладе дан обзор наиболее интересных и парадоксальных результатов экспериментальных исследований двумерных топологических изоляторов и полуметаллов на основе HgTe квантовых ям. Если говоритьо свойствах двумерного ТИ, то к ним можно отнести отсутствие в нем эффектов топологической защиты от обратного рассеяния, а также реализация нескольких сценариев андерсоновской локализации. В двумерных полуметаллах новые эффекты возникают при наличии сильного беспорядка. Обнаружена двухступенчатая андерсоновская локализация в объеме квантовой ямы, когда первыми локализуются двумерные дырки, как частицы с почти на порядок большей эффективной массой, чем у электронов. Затем происходит локализация электронов. Установлено, что при температуре ниже 0.5 К вызванный локализацией экспоненциальный рост сопротивления прекращается и происходит переход к режиму доминирующего одномерного (1D) транспорта с металлическим поведением сопротивления. Подобный факт указывает на отсутствие эффектов одномерной локализации. Это означает, что в квантовых ямах с инверсным спектром отсутствует топологическая защита от локализации электронов и дырок в объеме квантовой ямы, в то время как одномерные краевые токовые состояния топологически защищены от нее. Следовательно, можно говорить о новом типе 2D топологического изолятора - 2D топологическом андерсоновском изоляторе. Заключительная часть доклада посвящена описанию аномальных мезоскопических флуктуаций кондактанса, возникающих в результате тонкой игры беспорядка и электронно-дырочного взаимодействия.
Interconnection in magnonic networks: functional building blocks for an alternative controllable way of spin-wave and quantum computation
13 декабря 2024 в 11:30
Александр Садовников (СГУ, Саратов)
The content of the talk is devoted to the possible integration of magnonic devices and interconnection between them with the use of magnonics, straintronics, spin-orbitronics. In recent years much research has been directed towards the use of spin waves for signal processing at microwave and subterahertz frequencies due to the possibility to carry the information signal without the transmission of a charge current. Recent theoretical and experimental studies suggest that strain can be used to engineer energy-efficient complicated 2D and 3D material and heterostructures. The main topic of the talk will be focused on the application of the magnonic unit for signal processing and interconnection routes in the magnonic networks. The part of the talk will be devoted to the the experimental observations of the strain-mediated spin-wave coupling phenomena in different magnonic structures based on the asymmetric adjacent magnonic crystals, adjacent magnetic yttrium iron garnet stripes and array of magnetic stripes, which demonstrates the collective spin-wave phenomena such as the discrete soliton formation. The voltage-controlled spin-wave transport along bilateral magnonic stripes was demonstrated. The model describing the spin-wave transmission response and predicting its value is proposed based on the self-consistent equations. It was shown that the strain-mediated spin-wave channels can be used to route the magnonic information signal and thus the composite magnon-straintronic structure could be used to fabricate magnonic platforms for energy-efficient signal processing. The obtained results open new perspectives for the future-generation electronics using integrated magnonic networks.
Oceanic Eddy-Induced Transport: Full-Tensor Approach
15 ноября 2024 в 11:30
Павел C. Берлов (Imperial College London)
В геофизической турбулентности влияние мелкомасштабных движений на крупномасштабные часто формулируется в терминах турбулентной (вихревой) диффузии, характеризуемой коэффициентом вихревой диффузии. В этом контексте мы сосредоточились на переносе пассивных примесей, вызванном мезомасштабными океаническими вихрями, отмели любые упрощения и дополнительные предположения, и нашли полные коэффициенты-тензоры переноса. Обнаружены новые уровни сложности соответствующих тензоров, которые требуют переосмысления того, как вихревая диффузия и соответствующие меж-масштабные взаимодействия рассматриваются в наблюдениях, моделях общей циркуляции и теории.
Первичные черные дыры, темная материя и антиматерия в пост-инфляционной Вселенной
25 октября 2024 в 11:30
А. Д. Долгов
Показано, что космологические проблемы, обнаруженные как в
современной, z = 0, так и в ранней Вселенной, z ∼ 10, успешно
решаются, если зародышами космических структур являются массивные и
сверх-массивные первичные черные дыры. Обсуждается необходимость
инфляции при создании таких черных дыр. В пользу справедливости модели
говорит согласие предсказанного спектра масс первичных черных дыр с
наблюдениями, а также наблюдения в нашей Галактике значительного
количества антиматерии: позитронов, антиядер и антизвезд.
Нелинейный отклик двумерного электронного газа на структурированное излучение
18 октября 2024 в 11:30
Сергей Тарасенко (ФТИ им. А.Ф. Иоффе)
Обсуждается отклик двумерных электронных систем на структурированное электромагнитное излучение, примером которого являются векторные пучки, состоящие из когерентных волн с различной поляризацией, или закрученные пучки, несущие орбитальный угловой момент. Показано, что структурированное излучение генерирует постоянные токи и токи на удвоенной частоте, даже если двумерная система однородна и изотропна в плоскости [1,2]. В отличие от традиционных фотогальванических эффектов и эффектов генерации второй гармоники, изучаемые эффекты второго порядка обусловлены не отсутствием центра инверсии в среде, а пространственной неоднородностью самого электромагнитного поля. Возникающие токи могут быть связаны с пространственными градиентами интенсивности, поляризационных параметров Стокса или фазы электромагнитного поля. Обсуждаются микроскопические механизмы генерации нелинейных токов.
1. A.A. Gunyaga, M.V. Durnev, and S.A. Tarasenko, Photocurrents induced by structured light, Phys. Rev. B 108, 115402 (2023)
2. A.A. Gunyaga, M.V. Durnev, and S.A. Tarasenko, Second harmonic generation due to spatial structure of radiation beam, arXiv:2408.03454
1. A.A. Gunyaga, M.V. Durnev, and S.A. Tarasenko, Photocurrents induced by structured light, Phys. Rev. B 108, 115402 (2023)
2. A.A. Gunyaga, M.V. Durnev, and S.A. Tarasenko, Second harmonic generation due to spatial structure of radiation beam, arXiv:2408.03454
Поляритонная мультистабильность в хиральном полупроводниковом микрорезонаторе
20 сентября 2024 в 11:30
Сергей Г. Тиходеев (МГУ и ИОФ им. А.М. Прохорова РАН)
Фотонные резонансы в хиральных структурах приводят к большому количеству интересных эффектов. Например, изготовление хирального фотонного кристалла на верхнем зеркале полупроводникового микрорезонатора может привести к тому, что его экситонная фотолюминесценция, как в спонтанном, так и в лазерном режиме, может стать циркулярно-поляризованной [1,2]. С другой стороны, нелинейность экситонного отклика при увеличении интенсивности оптической накачки приводит к эффектам би- и мультистабильности [3-5]. В докладе будет проанализирована мультистабильность отклика экситон-поляритонов в хиральном полупроводниковом микрорезонаторе. Будет показано, например, что даже при линейно-поляризованной накачке и малой степени циркулярной поляризации фотолюминесценции в спонтанном режиме, с ростом интенсивности накачки в таких системах возможны резкие мультистабильные переходы в состояния с высокой степенью циркулярной поляризации фотолюминесценции.
Литература
1. A.A. Demenev, V.D. Kulakovskii,_C. Schneider et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 171106.
2. A.A. Maksimov, E.V. Filatov, I. I. Tartakovskii et al. // Phys. Rev. Appl. 2022. V. 17, P. L021001.
3. N. A. Gippius, S. G. Tikhodeev, V. D. Kulakovskii et al. // Europhys.Lett. 2004. V. 67. P. 997.
4. N.A. Gippius, I. A. Shelykh, D. D. Solnyshkov et al. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 236401.
5. С.С. Гаврилов // УФН 2020. Т. 190 137.
Литература
1. A.A. Demenev, V.D. Kulakovskii,_C. Schneider et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 171106.
2. A.A. Maksimov, E.V. Filatov, I. I. Tartakovskii et al. // Phys. Rev. Appl. 2022. V. 17, P. L021001.
3. N. A. Gippius, S. G. Tikhodeev, V. D. Kulakovskii et al. // Europhys.Lett. 2004. V. 67. P. 997.
4. N.A. Gippius, I. A. Shelykh, D. D. Solnyshkov et al. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 236401.
5. С.С. Гаврилов // УФН 2020. Т. 190 137.
Спин-обитальное взаимодействие и магнитоэлектрические эффекты в сверхпроводящих структурах
17 мая 2024 в 11:30
Илья Токатлы (Universidad del Pais Vasco, San Sebastian, Spain)
В этом докладе я представлю обзор теории когерентных магнитоэлектрических эффектов, обусловленных спин-орбитальным взаимодействием в сверхпроводящих структурах. Особое внимание будет уделено симметрийной природе рассматриваемых явлений, а также тесной связи эффектов “классической спинтроники”, например, спинового эффекта Холла и спин-гальванического эффекта, с фазово-когерентными транспортными явлениями, такими как аномальный эффект Джозефсона (φ0-эффект), сверхпроводящий диод-эффект, генерация дальнодействующих триплетных кореляций и др. Я начну с краткого введения в описание сцепленного диффузного транспорта спина и заряда в нормальных проводниках и, используя аналогию с линеризованными уравнениями Узаделя, обсужу качественную картину
магнитоэлектрических явлений в сверхпроводящих системах. Построение более строгой микроскопической теории будет рассмотрено на примере ряда популярных упрощенных моделей электронного газа с “внутренней” (связанной с кристаллическим полем) и “внешней” (на случайном потенциале) спин-орбитой. В заключительной части я представлю универсальный феноменологический подход к транспорту спина и заряда в диффузном
режиме, основанный на формализме нелинейной сигма модели (NLSM). В частности, я покажу, как транспортные магнитоэлектрические эффекты могут быть включены в NLSM, используя только общие соображения симметрии.
Сверхбыстрая опто-магноника: от магнитостатических волн до магнонов на границе зоны Бриллюэна
19 апреля 2024 в 11:30
Александра Калашникова (ФТИ им. А.Ф. Иоффе)
Эффективная генерация, распространение, управление и детектирование спиновых волн имеет важное значение для разработки магнонных компонентов для традиционных и нейроморфных вычислений. Хотя длины спиновых волн достигают нанометров, а их частоты — терагерц, генерация таких волн является сложной задачей в магнонике. Перспективным подходом к решению этой проблемы является использование фемтомагнитных явлений – сверхбыстрых лазерно-индуцированных изменений магнитных параметров в сочетании с сильной локализацией лазерных импульсов [1]
В этом докладе мы обсудим лазерно-индуцированную генерацию магнитостатических волн - спиновых волн вблизи центра зоны Бриллюэна в анизотропных ферромагнитных пленках, которые уже используются в магнонике [2-4]. На основании экспериментальных результатов и микромагнитного моделирования мы рассмотрим концепты перестраиваемых лазерных источников магнитостатических волновых пакетов с использованием спиновых текстур вблизи доменной стенки [5] или краев волновода [6].
Далее мы рассмотрим проблему генерации обменных волн на краю зоны Бриллюэна, которую невозможно реализовать даже путем фокусировки лазерного импульса ниже дифракционного предела. Мы покажем, как сверхбыстрое возмущение обменного взаимодействия приводит к возникновению пар магнонов во всей зоне Бриллюэна – двухмагнонных мод, рассмотрим правила отбора для их возбуждения и детектирования [7,8] и обсудим подход к селективному возбуждению двухмагнонных мод с разными волновыми векторами.
[1] A. M. Kalashnikova et al., Tech. Phys. Lett. 67, 2335 (2022).
[2] N. E. Khokhlov et al., Phys. Rev. Appl. 12, 044044 (2019).
[3] Ia. A. Filatov et al., Appl. Phys. Lett. 120, 112404 (2022).
[4] N.E. Khokhlov et al., J. Magn. Magn. Mater. 589, 171514 (2024).
[5] N. E. Khokhlov et al., J. Magn. Magn. Mater. 534, 168018 (2021).
[6] P. I. Gerevenkov et al., Phys. Rev. Appl. 19, 024062 (2023).
[7] A. E. Fedianin et al., Phys, Rev Appl. 107, 144430 (2023).
[8] F. Formisano et al., APL Mater. 12, 011105 (2024).
[1] A. M. Kalashnikova et al., Tech. Phys. Lett. 67, 2335 (2022).
[2] N. E. Khokhlov et al., Phys. Rev. Appl. 12, 044044 (2019).
[3] Ia. A. Filatov et al., Appl. Phys. Lett. 120, 112404 (2022).
[4] N.E. Khokhlov et al., J. Magn. Magn. Mater. 589, 171514 (2024).
[5] N. E. Khokhlov et al., J. Magn. Magn. Mater. 534, 168018 (2021).
[6] P. I. Gerevenkov et al., Phys. Rev. Appl. 19, 024062 (2023).
[7] A. E. Fedianin et al., Phys, Rev Appl. 107, 144430 (2023).
[8] F. Formisano et al., APL Mater. 12, 011105 (2024).
Фотовольтаический эффект Холла в 2D сверхпроводниках со встроенным сверхтоком
29 марта 2024 в 11:30
Вадим Ковалев (ИФП им. А.В. Ржанова СО РАН)
Доклад посвящен исследованию возможности существования в двумерных сверхпроводниках фотовольтаического эффекта Холла (ФЭX), заключающегося в возникновении поперечного отклика двумерного сверхпроводника под действием внешнего циркулярно-поляризованного электромагнитного излучения. ФЭX имеет развитую теорию для случая полупроводниковых двумерных систем [1], где показано, что ФЭX описывается феноменологическим выражением вида J = a40i[F х [E00 [E* x 04]], где F – постоянное в плоскости 2D полупроводника электрическое поле, E40 – амплитуда электрического поля циркулярно-поляризованной электромагнитной волны. В работе [1] предполагалось, что частота ЭМ излучения меньше ширины запрещенной зоны полупроводника.
В случае 2D сверхпроводника, эффект ожидается при наличии в сверхпроводнике встроенного постоянного сверхтока. Мы построили теорию ФЭX эффекта i) когда частота внешнего ЭМ излучения меньше величины сверхпроводящей щели при данной температуре и ii) при нулевой температуре, когда частота ЭМ излучения превышает удвоенное значение сверхпроводящей щели.
[1] M. V. Durnev, Photovoltaic Hall effect in the two-dimensional electron gas: Kinetic theory, Phys. Rev. B 104, 085306 (2021)
В случае 2D сверхпроводника, эффект ожидается при наличии в сверхпроводнике встроенного постоянного сверхтока. Мы построили теорию ФЭX эффекта i) когда частота внешнего ЭМ излучения меньше величины сверхпроводящей щели при данной температуре и ii) при нулевой температуре, когда частота ЭМ излучения превышает удвоенное значение сверхпроводящей щели.
[1] M. V. Durnev, Photovoltaic Hall effect in the two-dimensional electron gas: Kinetic theory, Phys. Rev. B 104, 085306 (2021)
Impact of lattice reconstruction on electronic properties of twistronic heterostructures hosting long-period moiré superlattice
1 марта 2024 в 11:30
Владимир Еналдиев (Абрикосовский центр теоретической физики, МФТИ)
In the talk I describe a multiscale approach to lattice relaxation of long-period moiré superlattice in marginally twisted bilayers [1,2]. Based on that I introduce a concept of interface ferroelectricity emerging as an array of polar domains with alternating out-of-plane polarization in twistronic heterostructures consisting of 2D material’s layers lacking of inversion symmetry [3]. For the structures based on twisted transition metal dichaIcogenides bilayers I present a domain wall network model which predicts a universal scaling of polar domain structure in external out-of-plane electric field [4]. Second part of my talk will be devoted to modelling of graphene-based twistronic heterostructures using hybrid kp-tight-binding Hamiltonians [5]. In particular, I will describe electronic properties of AB/BA domain wall in bilayer graphene [6] and show that single-element structures such as few-layer rhombohedral graphite stacks with twin boundary plane can host weak ferroelectricity [7].
[1] V.V. Enaldiev, V. Zolyomi, C. Yelgel et al, Phys. Rev. Letters 124, 206101 (2020).
[2] A. Weston, Y. Zou, V. Enaldiev et al, Nature Nanotechnology 15, 592 (2020).
[3] A. Weston, E.G. Castanon, V. Enaldiev et al, Nature Nanotechnology 17, 390 (2022).
[4] V.V. Enaldiev, F. Fereira, V.I. Fal’ko, Nano Letters 22, 1534 (2022).
[5] A. Garcia-Ruiz, H. Deng, V. Enaldiev, V. Falko, Phys Rev B 104, 085402 (2021).
[6] V. Enaldiev, C. Moulsdale, A.K. Geim, V.I. Falko, arXiv:2307.12848.
[7] A.Garcia-Ruiz, V. Enaldiev, A. McEllstrim, V. Falko, Nano Lett. 23, 4120 (2023).
[1] V.V. Enaldiev, V. Zolyomi, C. Yelgel et al, Phys. Rev. Letters 124, 206101 (2020).
[2] A. Weston, Y. Zou, V. Enaldiev et al, Nature Nanotechnology 15, 592 (2020).
[3] A. Weston, E.G. Castanon, V. Enaldiev et al, Nature Nanotechnology 17, 390 (2022).
[4] V.V. Enaldiev, F. Fereira, V.I. Fal’ko, Nano Letters 22, 1534 (2022).
[5] A. Garcia-Ruiz, H. Deng, V. Enaldiev, V. Falko, Phys Rev B 104, 085402 (2021).
[6] V. Enaldiev, C. Moulsdale, A.K. Geim, V.I. Falko, arXiv:2307.12848.
[7] A.Garcia-Ruiz, V. Enaldiev, A. McEllstrim, V. Falko, Nano Lett. 23, 4120 (2023).
Отклик топологических поверхностных состояний в магнитных вейлевских полуметаллах
9 февраля 2024 в 11:30
Эдуард Девятов (ИФТТ РАН)
Подобно другим топологическим материалам, Вейлевские полуметаллы характеризуются топологически защищёнными поверхностными состояниями – Ферми-арками, соединяющими проекции вейлевских точек на поверхностную зону Брюллиэна в к-пространстве [1]. В отличие от геликоидальных поверхностных состояний в топологических изоляторах, поверхностные состояния в вейлевских полуметаллах являются киральными, как в черновском изоляторе (режим квантового эффекта Холла) [1]. Наличие Ферми-арок было экспериментально продемонстрировано как в ARPES измерениях, так и транспортными методами. Следует отметить, что в силу связи между импульсом и спином (spin-momentum locking) в ферми-арке, вейлевские полуметаллы представляют собой интересный объект для исследования спин-зависимых явлений.
В данном докладе мы обсудим наличие вклада поверхностных состояний в магнитном отклике при температурах, много ниже температуры Кюри в топологических полуметаллах Co3Sn2S2 и Fe3GeTe2, вклад в спин-триплетный Джозефсоновский ток от топологически-защищённых состояний типа Ферми-арок на поверхности Co3Sn2S2 эффекты токового возбуждения спиновых волн при низких плотностях тока в магнитных Вейлевских полуметаллах.
Доклад основан на серии работ:
1) EPL, 127, 57002 (2019)
2) Phys. Rev. B 101, 035304 (2020)
3) Phys. Rev. B 101, 155309 (2020)
4) Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 573, 170668 (2023)
[1] См. обзор N. P. Armitage, E. J. Mele, and A. Vishwanath, Rev. Mod. Phys. 90, 15001 (2018).
В данном докладе мы обсудим наличие вклада поверхностных состояний в магнитном отклике при температурах, много ниже температуры Кюри в топологических полуметаллах Co3Sn2S2 и Fe3GeTe2, вклад в спин-триплетный Джозефсоновский ток от топологически-защищённых состояний типа Ферми-арок на поверхности Co3Sn2S2 эффекты токового возбуждения спиновых волн при низких плотностях тока в магнитных Вейлевских полуметаллах.
Доклад основан на серии работ:
1) EPL, 127, 57002 (2019)
2) Phys. Rev. B 101, 035304 (2020)
3) Phys. Rev. B 101, 155309 (2020)
4) Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 573, 170668 (2023)
[1] См. обзор N. P. Armitage, E. J. Mele, and A. Vishwanath, Rev. Mod. Phys. 90, 15001 (2018).
Квантово-холловские ферромагнетики при 1 ⩽ ν ⩽ 2 и при сильном смешивании уровней Ландау
19 января 2024 в 11:30
Александр Ваньков (ИФТТ)
Будут рассмотрены необычные свойства спинового упорядочения двумерных электронных систем с сильным кулоновским взаимодействием и в квантовом пределе 1 ⩽ ν ⩽ 2. Кроме "законных" фаз холловского ферромагнетика при ν=1 и парамагнетика при ν=2 кулоновское и обменное взаимодействие могут приводить к формированию нетривиального спинового порядка - ферромагнитной фазы в окрестности ν=2, а также неколлинеарного спинового порядка при 1 < ν < 3/2. Экспериментальные исследования проведены на серии гетероструктур MgZnO/ZnO с однослойными двумерными электронными системами. Различные фазы оказалось возможным идентифицировать методами оптической спектроскопии - по трансформации спектров фотолюминесценции и неупругого рассеяния света на коллективных спиновых возбуждениях. Показано, как условия фазовых превращений зависят от соотношения между ключевыми энергетическими параметрами системы - зеемановской, кулоновской и циклотронной энергий. Энергетический спектр и спиновая конфигурация ДЭС дополнительно изучены с помощью расчетов методом точной диагонализации для конечного числа электронов в режиме КЭХ, дающих качественное согласие с экспериментом. Также показано, что поведение сильновзаимодействующей ДЭС в квантовом пределе значительно отклоняется от предсказаний модели ферми-жидкости Ландау. Таким образом, аналитической теории пока не существует, и поэтому очень желательно вновь привлечь внимание физиков-теоретиков к данному классу задач.
Quantum chaos in two-dimensional gravity
1 декабря 2023 в 11:30
Alexander Altland (University of Cologne, DE)
Two-dimensional gravity defines a toy paradigm in which the physics of gravitational systems is reduced to a bare minimum (essentially topology and symmetry). Its simplicity makes it an ideal testbed for holographic principles, a concrete realization of which was proposed by Kitaev in terms of his now famous SYK model. The SYK model is approximately dual to a two-dimensional bulk known as Jackiw-Teitelboim (JT) gravity. Intriguingly, we have come to understand that a third player (next to symmetry and topology) essential to the construction of that holographic correspondence is quantum chaos. In this seminar, I will try to review these developments. Starting from a quick review of the SYK model and JT gravity, we will discuss two conceptually independent bridges between these systems. In particular, we will discuss how concepts developed in the era of mesoscopics in the 90s in condensed matter physics are now becoming key in gravity. If time permits, we will also discuss how the Efetov supersymmetric sigma model (derived as a student at the Landau institute) now appears as a natural generalization of the above duality to string theory.
Moat-band physics and emergent excitonic topological order in correlated electron-hole bilayers
24 ноября 2023 в 16:00
Tigran Sedrakyan (University of Massachusetts, Amherst)
The role of the particle-particle interaction becomes increasingly important if the spectral band structure of a free system has increasing degeneracy. Ultimately, it will be the role of interactions to choose the state of the system. Examples include the systems with the lowest band having a degenerate minimum along a closed contour in the reciprocal space -- the Moat. A weak perturbation can set a new energy scale describing the state with qualitatively different properties in such a limit of infinite degeneracy. In this talk, I will discuss the general principles behind the universal properties of correlated bosons on moat bands, which host topological order with long-range quantum entanglement. In particular, I will discuss moat-band phenomena in shallowly inverted InAs/GaSb quantum wells, where we observe an unconventional time-reversal-symmetry breaking excitonic ground state under imbalanced electron and hole densities. I will show that the strong frustration of the system leads to a moat band for excitons, resulting in a time-reversal-symmetry breaking excitonic topological order, which explains all our experimental observations.
Топологические изоляторы на основе MnBi2Te4: электронная и атомная структура
6 октября 2023 в 11:30
А.С. Фролов (Центр перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ)
Открытие топологических фазовых переходов положило начало одному из наиболее плодотворно развивающихся направлений современной физики твердого тела. Одним из наиболее изученных классов материалов с нетривиальной топологией электронных состояний являются топологические изоляторы (ТИ), которые в объеме представляют собой узкозонный полупроводник с Eg ~ 0,05-0,4 эВ, а на гетерогранице с тривиальным диэлектриком имеют бесщелевые электронные состояния. В последнее время магнитные топологические изоляторы (МТИ) стали объектом значительного научного интереса. Наиболее интенсивно изученными МТИ являются MnBi2Te4 [1] (так называемая 124-фаза) – слоистое соединение, состоящее из семислойных пакетов (СЛ) с идеализированной последовательностью слоев Te-Bi-Te-Mn-Te-Bi-Te, а также его соединения - гомологи
MnBi4Te7, MnBi6Te10 и т. д.
Потенциальное практическое применение MnBi2Te4 ограничено наличием только небольших кристаллов из-за препаративных проблем, связанных с их ограниченной термодинамической стабильностью [2]. Решётку MnBi2Te4 можно стабилизировать путём замещения атомов марганца на атомы 14 группы (Ge, Sn, Pb), что в предельном случае замещения приводит к стабильным изоструктурным соединениям, таким как GeBi2Te4, SnBi2Te4, PbBi2Te4, которые, в свою очередь, также представляют собой ТИ [3–5].
В докладе представлены результаты изучения электронной и атомной структуры топологических изоляторов на основе MnBi2Te4 с применением комплекса экспериментальных и теоретических методов, таких как фотоэлектронная спектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, теория функционала электронной плотности и др.
Работа выполнена при поддержке РНФ 22-72-10074.
1. Otrokov M.M. et al. Nature. 2019. 576, 416–422.
2. Zeugner A. et al. Chem Mater. 2019. 31, 2795–2806.
3. Okamoto K. et al. Phys Rev B. 2012. 86, 195304.
4. Fragkos S. et al. Phys Rev Mater. 2021. 5, 014203.
5. Kuroda K. et al. Phys Rev Lett. 2011. 108, 206803.
Потенциальное практическое применение MnBi2Te4 ограничено наличием только небольших кристаллов из-за препаративных проблем, связанных с их ограниченной термодинамической стабильностью [2]. Решётку MnBi2Te4 можно стабилизировать путём замещения атомов марганца на атомы 14 группы (Ge, Sn, Pb), что в предельном случае замещения приводит к стабильным изоструктурным соединениям, таким как GeBi2Te4, SnBi2Te4, PbBi2Te4, которые, в свою очередь, также представляют собой ТИ [3–5].
В докладе представлены результаты изучения электронной и атомной структуры топологических изоляторов на основе MnBi2Te4 с применением комплекса экспериментальных и теоретических методов, таких как фотоэлектронная спектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, теория функционала электронной плотности и др.
Работа выполнена при поддержке РНФ 22-72-10074.
1. Otrokov M.M. et al. Nature. 2019. 576, 416–422.
2. Zeugner A. et al. Chem Mater. 2019. 31, 2795–2806.
3. Okamoto K. et al. Phys Rev B. 2012. 86, 195304.
4. Fragkos S. et al. Phys Rev Mater. 2021. 5, 014203.
5. Kuroda K. et al. Phys Rev Lett. 2011. 108, 206803.
Когерентные состояния квазидвумерных экситонных поляритонов в условиях резонансного фотовозбуждения
15 сентября 2023 в 11:30
С.С. Гаврилов (ИФТТ)
Квазидвумерные поляритоны, локализованные в активной области плоского
микрорезонатора, могут возбуждаться резонансной световой волной и в таком
случае образуют макроскопически когерентные состояния, которые рассматриваются в приближении среднего поля по аналогии с неравновесными бозе-конденсатами.
Благодаря нелинейности поляритонная система оказывается мультистабильной и в ней возможны быстрые управляемые переключения между альтернативными когерентными состояниями, различающимися по амплитуде или поляризации.
В докладе обсуждаются экспериментальные и теоретические результаты, касающиеся мультистабильности и параметрического рассеяния поляритонов; рассматривается эффект спонтанного нарушения спиновой симметрии, приводящий к образованию пространственных доменов, темных солитонов и вихрей.
Благодаря нелинейности поляритонная система оказывается мультистабильной и в ней возможны быстрые управляемые переключения между альтернативными когерентными состояниями, различающимися по амплитуде или поляризации.
В докладе обсуждаются экспериментальные и теоретические результаты, касающиеся мультистабильности и параметрического рассеяния поляритонов; рассматривается эффект спонтанного нарушения спиновой симметрии, приводящий к образованию пространственных доменов, темных солитонов и вихрей.
Фотогальванические явления в сверхпроводящих конденсатах
2 июня 2023 в 11:30
А.С. Мельников (МФТИ и ИФМ)
В докладе планируется дать обзор некоторых особенностей фотогальванических эффектов в сверхпроводящих системах в сравнении с нормальными (несверхпроводящими) металлами. Будут обсуждены простейшие теоретические модели, позволяющие описать механизмы генерации фотоиндуцированных постоянных токов, магнитного момента и вихрей Абрикосова в сверхпроводниках и переключение сверхпроводящих токовых состояний под действием электромагнитной волны различной поляризации. Будет проанализирована связь фотогальванических эффектов с эффектом Холла в сверхпроводниках, особенностями неравновесной динамики сверхпроводящего конденсата и потенциала электронно – дырочного зарядового разбаланса в поле электромагнитной волны.
Квантовая электродинамика в резонаторах и волноводах: фотон-фотонные корреляции и режим ультрасильной связи света с веществом.
28 апреля 2023 в 11:30
И. Иорш (ИТМО&МФТИ)
За последнее десятилетие прогресс в нанотехнологиях позволил создавать упорядоченные массивы двухуровневых систем (холодные атомы, полупроводниковые квантовые точки, сверхпроводниковые кубиты), интегрированные с фотонными структурами: резонаторами, фотонными кристаллами и волноводами. Фотонные структуры позволяют как существенно усилить взаимодействие света с отдельными двухуровневыми системами, так и модифицировать эффективное взаимодействие между двухуровневыми системами, возникающее за счет обмена фотонами.
В докладе будут представлен краткий обзор явлений, возникающих в подобных структурах: коллективное сверх- и субизлучение в массивах двухуровневых систем, возникновение многофотонных корреляций в рассеянном свете, а также модификация основного состояния за счет взаимодействия с вакуумными флуктуациями электромагнитного поля в таких структурах.
В докладе будут представлен краткий обзор явлений, возникающих в подобных структурах: коллективное сверх- и субизлучение в массивах двухуровневых систем, возникновение многофотонных корреляций в рассеянном свете, а также модификация основного состояния за счет взаимодействия с вакуумными флуктуациями электромагнитного поля в таких структурах.
Плазмоника для систем терагерцовой электроники
7 апреля 2023 в 11:30
В.М. Муравьев, И.В. Кукушкин (ИФТТ РАН)
В докладе освещается современное состояние исследований в области полупроводниковой плазмоники, проводимых в ИФТТ РАН. Уделяется внимание приложениям данных исследований в области создания новейших устройств терагерцовой электроники. Особо обсуждаются задачи в области двумерной плазмоники, которые на настоящий момент не имеют внятной теоретической интерпретации.
Двумерные электронные системы под микроволновым облучением: индуцированные излучением магнетоосцилляции и динамическая доменная структура
3 марта 2023 в 11:30
С.И. Дорожкин (ИФТТ)
В докладе будет сделан обзор современного состояния проблемы микроволнового фотоотклика двумерных электронных систем с акцентом на результаты автора доклада. Основные тезисы:
1. Индуцированные излучением гигантские магнетоосцилляции сопротивления и проводимости являются объемным эффектом. Основными механизмами возникновения осцилляций считаются: (а) неравновесное заполнение уровней Ландау и (б) непрямые переходы с поглощением фотонов. Существование первого из механизмов доказано экспериментально наблюдением магнетоосцилляций емкости в двухслойной электронной системе.
2. Магнетоосцилляции фотогальванических параметров (микроволновых фото-ЭДС и фототока) обусловлены загибом зон около контактов и нарушением в неравновесном состоянии соотношения Эйнштейна между проводимостью и коэффициентом диффузии.
3. В минимумах основных магнетоосцилляций сопротивление и диссипативная проводимость стремятся к нулю (“zero-resistance states”), что, согласно теории, является проявлением спонтанного образования доменов холловского электрического поля. Экспериментально обнаружена динамическая доменная структура, в которой в стационарных внешних условиях происходят квазипериодические перевороты электрического поля в доменах. Теоретически и экспериментально показано, что такая динамика обусловлена экранировкой электрического поля доменов зарядами слоя легирования.
4. Основными проблемами на сегодняшний день представляются объяснение существующих экспериментов в режиме циклотронного резонанса, а также согласование особенностей в поглощении микроволнового излучения, в основном определяемых магнетоплазмонами, с одночастичным друдевским поглощением, используемым в теории. Экспериментальные результаты по поглощению излучения свидетельствуют в пользу сосуществования обоих механизмов.
1. Индуцированные излучением гигантские магнетоосцилляции сопротивления и проводимости являются объемным эффектом. Основными механизмами возникновения осцилляций считаются: (а) неравновесное заполнение уровней Ландау и (б) непрямые переходы с поглощением фотонов. Существование первого из механизмов доказано экспериментально наблюдением магнетоосцилляций емкости в двухслойной электронной системе.
2. Магнетоосцилляции фотогальванических параметров (микроволновых фото-ЭДС и фототока) обусловлены загибом зон около контактов и нарушением в неравновесном состоянии соотношения Эйнштейна между проводимостью и коэффициентом диффузии.
3. В минимумах основных магнетоосцилляций сопротивление и диссипативная проводимость стремятся к нулю (“zero-resistance states”), что, согласно теории, является проявлением спонтанного образования доменов холловского электрического поля. Экспериментально обнаружена динамическая доменная структура, в которой в стационарных внешних условиях происходят квазипериодические перевороты электрического поля в доменах. Теоретически и экспериментально показано, что такая динамика обусловлена экранировкой электрического поля доменов зарядами слоя легирования.
4. Основными проблемами на сегодняшний день представляются объяснение существующих экспериментов в режиме циклотронного резонанса, а также согласование особенностей в поглощении микроволнового излучения, в основном определяемых магнетоплазмонами, с одночастичным друдевским поглощением, используемым в теории. Экспериментальные результаты по поглощению излучения свидетельствуют в пользу сосуществования обоих механизмов.
Understanding quantum and classical chaos in Hamiltonian systems through adiabatic transformations
2 декабря 2022 в 16:00
A. Polkovnikov (Boston University, USA)
Chaos is synonymous to unpredictability. In the case of classical systems this unpredictability is expressed through exponential sensitivity of trajectories to tiny fluctuations of the Hamiltonian or to the initial conditions. It is well known that chaos is closely related to ergodicity or emergence of statistical mechanics at long times, but the precise relations between them are still debated. In quantum systems the situation is even more controversial with trajectories being ill-defined. A standard approach to defining quantum chaos is through emergence of the random matrix theory. However, as I will argue, this approach is rather related to the eigenstate thermalization hypothesis and ergodicity than to chaps. In this talk I will suggest that one can use fidelity susceptibility of equivalently geometric tensor and quantum Fisher information as a definition of chaos, which applies both to quantum and classical systems and which is related to long time tails of the auto-correlation functions of local perturbations. Through this approach we can establish of existence of the intermediate chaotic but non-ergodic regime separating integrable and ergodic phases, which have maximally sensitive eigenstates. I will discuss how this measure is also closely related to recently proposed definition of chaos through the Krylov complexity or the operator growth and that there is very interesting and still unexplained duality between short and long time behavior of chaotic and integrable systems As a specific example of this approach I will apply these ideas to interacting disordered systems and show that (many-body) localization is unstable in thermodynamic limit irrespective of the disorder strength.
Спин-орбитальные материалы
18 ноября 2022 в 11:30
С.В. Стрельцов (ИФМ им. М.Н. Михеева УрО РАН)
В докладе пойдет речь об эффектах, обнаруженных в последние годы в диэлектрических (!) соединениях переходных металлов и вызванных наличием существенного спин-орбитального взаимодействия. Будет обсуждаться влияние данного взаимодействия на мотт-хаббардовский переход, эффект Яна-Теллера и анизотропию обменного взаимодействия (но никакой топологии и квантового эффекта Холла).
Электроиндуцированные эффекты в микромагнетизме
14 октября 2022 в 11:30
А.П. Пятаков (МГУ)
Своим разнообразием микромагнитные структуры обязаны конкуренции небольшого количества факторов, как правило, трех: обменного взаимодействия, магнитостатики и магнитной анизотропии. С расширением за счет магнитоэлектриков и мультиферроиков круга материалов, в которых рассматриваются задачи микромагнетизма, помимо классических трех сил появляется новый фактор - перестраиваемое электрическим полем взаимодействие Дзялошинского-Мории. Это взаимодействие линейно по пространственным производным от намагниченности и обуславливает возникновение киральных магнитных структур. Магнитоэлектрические явления в микромагнетизме будут рассмотрены на примере таких явлений как движение доменных границ под действием электрического поля, электроиндуцированное зарождение цилиндрических магнитных доменов с 180-градусными и 90-градусными стенками, магнитных неоднородностей типа «0-градусная доменная граница», магнитных вихрей и скирмионов.
Chirality and spin in organic molecules
10 июня 2022 в 11:30
Karen Michaeli (Weizmann Institute of Science)
In the late 19th century, Louis Pasteur discovered that biology shows a preference for molecules with a specific handedness. Ever since, researchers have been trying to understand the origin of life’s homochirality and its implications. For example, electron transport in organisms, an essential part of basic biological processes such as respiration and photosynthesis, is realized via insulating helical molecules. Recent studies further found that the transmission probability of electrons through such molecules is strongly spin-dependent, with the preferred spin direction set by the chirality. This direct connection between spin and chirality raises numerous fundamental questions. It thus opens a new arena of research at the interface between biology and quantum physics. In my talk, I will review the most important experimental findings and describe a theoretical model that explains the origin of spin-dependent transport: The helical geometry induces robust spin filtering accompanied by, and intimately related to, strongly enhanced overall transmission through chiral molecules. In particular, I will focus on spin-selectivity in the chiral system with strong electron-phonon interactions. Finally, I will present some ideas for integrating organic molecules into solid-state devices for various applications.
ЗАРОЖДЕНИЕ И ДИНАМИКА МАГНИТНЫХ СОЛИТОНОВ В ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
15 апреля 2022 в 11:30
Олег Третьяков (The University of New South Wales, Sydney, Australia)
Скирмионы представляют собой топологически защищенные спиновые текстуры, которые могут служить будущими элементами спинтронной памяти и устройств логики. Поэтому зарождение скирмионов в топологических системах, таких как топологический изолятор/ферромагнетик, является интересным вопросом, особенно так как в этих системах показано что скирмионы двигаются быстрее. Я опишу зарождение скирмионов, вызванное спин-переносными угловыми моментами, характерными для границы топологического изолятора с ферромагнитным изолятором. Используя микромагнитное моделирование и энергетику, мы описываем свойства нуклеации скирмионов на поверхности топологических изоляторов, такие как время зарождения, критическое электрическое поле и числа скирмионов [1]. Я покажу что время зарождения обратно пропорционально приложенному электрическому полю, и также опишу зависимости критического поля нуклеации от затухания Гильберта и температуры. Кроме того, я обсужу влияние взаимодействия Дзялошинского-Мории и продемонстрирую что температурная зависимость может быть объяснена уменьшением щели магнонного возбуждения. Во второй части я опишу топологические солитоны в системах с внутриплоскостной магнитной анизотропией. Эти солитоны называются бимеронами и являются аналогами скирмионов (имеют тот же топологический заряд). Сначала я опишу их стабильность, статические и динамические свойства в ферромагнетиках [2]. Затем я перейду к антиферромагнетикам, где я покажу, что по аналогии со скирмионами эти топологические солитоны не обладают скирмионным эффектом Холла, и среди прочих интересных свойств демонстрируют хаотичное поведение при возбуждении переменными токами в системах с низким затуханием
1. D. Kurebayashi, O.A. Tretiakov, arXiv:2112.12967 (2021).
2. B. Gоbel, I. Mertig, O.A. Tretiakov, Phys. Rep. 895, 1 (2021).
1. D. Kurebayashi, O.A. Tretiakov, arXiv:2112.12967 (2021).
2. B. Gоbel, I. Mertig, O.A. Tretiakov, Phys. Rep. 895, 1 (2021).
Plethora of Many-Body Ground States in Magic Angle Twisted Bilayer Graphene
1 апреля 2022 в 10:00
Dmitri K. Efetov (LMU Munich, Germany)
Twist-angle engineering of 2D materials has led to the recent discoveries of novel many-body ground states in moiré systems such as correlated insulators, unconventional superconductivity, strange metals, orbital magnetism and topologically nontrivial phases. These systems are clean and tuneable, where all phases can coexist in a single device, which opens up enormous possibilities to address key questions about the nature of correlation induced superconductivity and topology, and allows to create entirely novel quantum phases with enhanced interactions. In this talk we will introduce some of the main concepts underlying these systems, concentrating on magic angle twisted bilayer graphene (MATBG) and show how symmetry-broken states emerge at all integer electron fillings [1]. We further will discuss recent experiments including screened interactions [2], Chern insulators [4], magnetic Josephson junctions [4], quantum criticality [5], re-entrant correlated insulators at high magnetic fields [6] and discuss some of the avenues for novel quantum sensing applications [7].
[1] Nature, 574, 653 (2019).
[2] Nature, 583, 375–378 (2020).
[3] Nature Physics, 17, 710 (2021).
[4] arXiv:2110.01067 (2021).
[5] arXiv:2108.07753 (2021).
[6] arXiv:2201.09260 (2021).
[7] arXiv:2111.08735 (2021).
[1] Nature, 574, 653 (2019).
[2] Nature, 583, 375–378 (2020).
[3] Nature Physics, 17, 710 (2021).
[4] arXiv:2110.01067 (2021).
[5] arXiv:2108.07753 (2021).
[6] arXiv:2201.09260 (2021).
[7] arXiv:2111.08735 (2021).
Many-body delocalisation as symmetry breaking
12 ноября 2021 в 11:30
John Chalker (Physics Department, University of Oxford)
I will start this talk with an overview of recent work on quantum dynamics in many body systems far from equilibrium. This work has led to an understanding from the
perspective of quantum information, of how a such systems may approach an
equilibrium state at long times, in which initial conditions are effectively forgotten. It
has also led to an appreciation that there are classes of system in which an
equilibrium state is not reached at long times. One of these classes is made up of
many-body localised systems, in which randomness in the Hamiltonian is
responsible for a long-lived memory of the initial state of a system. By varying the
strength of randomness, a transition can be induced between localised and ergodic
phases, which seems very different from conventional symmetry-breaking phase
transitions.
In the second part of the talk I will discuss minimal models for quantum chaos and many-body localisation. The models are Floquet quantum circuits for lattice spin systems, in which time evolution is generated by unitary gates that couple neighbouring sites. In particular, I will examine the circumstances in which a version of the so-called diagonal approximation (originally developed for the semiclassical limit in low-dimensional chaotic systems) can be applied to these systems. Within this framework I will show that the many-body delocalisation transition can be seen as a form of symmetry breaking transition, having many of the features generally associated with conventional phase transitions in classical statistical mechanical models.
Joint work with Sam Garratt: Phys. Rev. X 11, 021051 (2021) and Phys. Rev. Lett. 127, 026802 (2021)
In the second part of the talk I will discuss minimal models for quantum chaos and many-body localisation. The models are Floquet quantum circuits for lattice spin systems, in which time evolution is generated by unitary gates that couple neighbouring sites. In particular, I will examine the circumstances in which a version of the so-called diagonal approximation (originally developed for the semiclassical limit in low-dimensional chaotic systems) can be applied to these systems. Within this framework I will show that the many-body delocalisation transition can be seen as a form of symmetry breaking transition, having many of the features generally associated with conventional phase transitions in classical statistical mechanical models.
Joint work with Sam Garratt: Phys. Rev. X 11, 021051 (2021) and Phys. Rev. Lett. 127, 026802 (2021)
Limit shape phase transitions. A merger of Arctic circles
29 октября 2021 в 15:30
Александр Абанов (SUNY Stony Brook)
A limit shape phenomenon in statistical mechanics is the appearance of a most probable macroscopic state. This state is usually characterized by a well-defined boundary separating frozen and liquid spatial regions. The earliest studies related to this phenomenon in the context of crystal shapes are in works by Pokrovsky and Talapov [1]. We will review a few examples of the models leading to the appearance of limit shapes. Then we consider a class of topological phase transitions in the limit shape problem of statistical mechanics. The problem considered is generally known as the Arctic circle problem. The considered transition can be visualized as the merging of two melted regions (Arctic circles). We establish the mapping, which identifies the transition as the transition known in lattice QCD and random matrix problems [2,3]. The transition is a continuous phase transition of the third order. We identify universal features of the limiting shape close to the transition using the hydrodynamic description.
[1] V. L. Pokrovsky and A. L. Talapov, Phys. Rev. Lett. 42, 65 (1979). "Ground State, Spectrum, and Phase Diagram of Two-Dimensional Incommensurate Crystals."
[2] D. J. Gross and E. Witten, Phys. Rev. D, 21 (2): 446, (1980). "Possible third-order phase transition in the large-n lattice gauge theory"; S. R. Wadia, Phys. Lett. B 93, 403 (1980). "$N=\infty$ phase transition in a class of exactly soluble model lattice gauge theories."
[3] M. R. Douglas and V. A. Kazakov. Phys. Lett. B, 319 (1-3): 219–230, 1993. "Large n phase transition in continuum QCD2."
[1] V. L. Pokrovsky and A. L. Talapov, Phys. Rev. Lett. 42, 65 (1979). "Ground State, Spectrum, and Phase Diagram of Two-Dimensional Incommensurate Crystals."
[2] D. J. Gross and E. Witten, Phys. Rev. D, 21 (2): 446, (1980). "Possible third-order phase transition in the large-n lattice gauge theory"; S. R. Wadia, Phys. Lett. B 93, 403 (1980). "$N=\infty$ phase transition in a class of exactly soluble model lattice gauge theories."
[3] M. R. Douglas and V. A. Kazakov. Phys. Lett. B, 319 (1-3): 219–230, 1993. "Large n phase transition in continuum QCD2."
The Riemann Hypothesis and Quantum Physics
1 октября 2021 в 11:30
Jon Keating (Oxford)
The Riemann Hypothesis concerns the positions of the zeros of the Riemann zeta-function. It has been one of the central unsolved problems in mathematics for over 150 years. Surprisingly, there appear to be deep connections between the theory of the Riemann zeta-function and quantum physics, and these have stimulated close collaborations between the two areas. In particular, analogies with quantum chaos and random matrix theory have been the focus of considerable attention. In this colloquium I will review some of these ideas and their implications.
О тетракварковых состояниях в свете последних данных LHCb
17 сентября 2021 в 11:30
Алексей Владимирович Нефедьев (ФИАН)
В последнее время коллаборация LHCb анонсировала несколько интересных
результатов, относящихся к спектроскопии адронов, содержащих очарованные
кварки. В докладе обсуждается теоретический подход к анализу этих и
подобных им данных, интерпретация результатов такого анализа, а также их
связь с тетракварковыми состояниями, широко обсуждаемыми в этой связи в
литературе.
Topology protection–unprotection transition: Example from multiterminal superconducting nanostructures
21 мая 2021 в 11:30
Xiao-Li Huang and Yuli V. Nazarov (TU Delft)
We show theoretically that in the superconducting nanostructures the gapped states of different topology are not always protected by separating gapless states. Depending on the structure design parameters, they can be either protected or not, with a protection–unprotection transition separating these two distinct situations. We build up a general theoretical description of the transition vicinity in the spirit of Landau theory. We speculate that similar protection–unprotection transitions may also occur for other realizations of topological protection in condensed matter systems.
The hydrodynamics of many-body integrable systems
19 марта 2021 в 11:30
Benjamin Doyon (King's College London)
Hydrodynamics is a powerful theory for the emergent behaviour at large wavelengths and low frequencies in many-body systems. The theory says that only few degrees of freedom are sufficient in order to describe what is observed at large scales of space and time, and it provides equations for the dynamics of these degrees of freedom. It is strongly based on the presence of microscopic conservation laws in the many-body model, such as conservation of energy, momentum and mass. But the standard equations of hydrodynamics fail to describe cold atom experiments in low dimensions. It is now understood that this is because the model accurately describing these experiments, the Lieb-Liniger model, is integrable. Integrable systems admit an extensive number of conservation laws, which must be taken into account in the emergent hydrodynamic theory. Recently this hydrodynamic theory, dubbed ``generalised hydrodynamics”, has been developed. In this colloquium, I will review fundamental aspects of hydrodynamics and the main idea and equations of generalised hydrodynamics, with the simple example of the quantum Lieb-Liniger model. I will discuss recent cold-atom experiments that confirm the theory, and some of the exact results that can be obtained with this formalism, such as exact nonequilibrium steady states and exact asymptotic of correlation functions at large space-time separations in Gibbs and generalised Gibbs states.
Probabilistic Liouville Theory
19 февраля 2021 в 11:30
Antti Kupiainen (University of Helsinki)
A. Polyakov introduced Liouville Conformal Field theory (LCFT) in 1981 as a way to put a natural measure on the set of Riemannian metrics over a two dimensional
manifold. Ever since, the work of Polyakov has echoed in various branches of physics
and mathematics, ranging from string theory to probability theory and geometry.
In the context of 2D quantum gravity models, LCFT is related through the work of Knizhnik, Polyakov and Zamolodchikov to the scaling limit of Random Planar Maps and through the Alday-Gaiotto- Tachikava correspondence LCFT is conjecturally related to certain 4D Yang-Mills theories. Through the work of Dorn,Otto, Zamolodchikov and Zamolodchikov and Teschner LCFT was argued to be to a certain extent integrable.
I will review a probabilistic construction of LCFT developed together with David, Rhodes and Vargas and recent proofs concerning the integrability of LCFT.
References
Francois David, Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, Liouville quantum gravity on the Riemann sphere, Commun. Math. Phys. 342 (3), 869-907 (2016)
Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, The DOZZ formula from the path integral, Journal of High Energy Physics May 2018, 2018:94
Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, Integrability of Liouville Theory: Proof of the DOZZ Formula, Annals of Mathematics 191, 81-166, (2020)
Colin Guillarmou, Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, Conformal bootstrap in Liouville Theory, arXiv:2005.11530
I will review a probabilistic construction of LCFT developed together with David, Rhodes and Vargas and recent proofs concerning the integrability of LCFT.
References
Francois David, Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, Liouville quantum gravity on the Riemann sphere, Commun. Math. Phys. 342 (3), 869-907 (2016)
Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, The DOZZ formula from the path integral, Journal of High Energy Physics May 2018, 2018:94
Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, Integrability of Liouville Theory: Proof of the DOZZ Formula, Annals of Mathematics 191, 81-166, (2020)
Colin Guillarmou, Antti Kupiainen, Remi Rhodes, Vincent Vargas, Conformal bootstrap in Liouville Theory, arXiv:2005.11530
First principle models of human memory
15 января 2021 в 11:30
Prof. Michail Tsodyks (Weizmann Institute of Science, Rehovot; and Institute for Advanced Study, Princeton)
Human memory is a multi-staged phenomenon of extreme complexity, which results in highly unpredictable behavior in real-life situations. Psychologists developed classical paradigms for studying memory in the lab, which produce easily quantifiable measures of performance at the cost of using artificial content, such as lists of randomly assembled words. I will introduce a set of simple mathematical models describing how information is maintained and recalled in these experiments. Surprisingly, they provide a very good description of experimental data obtained with internet-based memory experiments on a large number of human subjects. Moreover, more detailed mathematical analysis of the models leads to some interesting ideas for future experiments with potentially very surprising results.
Photon-assisted tunneling at the atomic scale: Probing resonant Andreev reflections from Yu-Shiba-Rusinov states
4 декабря 2020 в 16:00
Katharina Franke (Free University Berlin, Germany)
Exchange coupling of magnetic adsorbates to a superconducting substrate leads to Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states within the superconducting energy gap. These can be probed by scanning tunneling spectroscopy as a pair of resonances at positive and negative bias voltage and over a wide range of tunnel conductances. At low tunneling rates, the current is carried by single-electron processes, where each excitation is sufficiently quickly followed by a relaxation into the energetic continuum. Upon increasing the junction conductance, the relaxation rates suppress single-electron tunneling and resonant Andreev processes start to dominate the transport process. The cross-over of these processes is expressed in the variation of the ratio of YSR peak height at positive and negative bias voltage [1].
Here, we investigate these transport processes by photon-assisted tunneling. While applying highfrequency radiation to the tunneling junction, we record the differential conductance spectra in the low and high-conductance regime. At low conductance, the YSR states exhibit symmetrically spaced sidebands with their spacing directly evidencing single-electron tunneling. Surprisingly, at large junction conductance, the spacing remains the same while the patterns become asymmetric. We show that this asymmetry is direct evidence of a resonant Andreev reflection with tunneling threshold conditions imposed on its electron and hole component [2]. We suggest that photon-assisted tunneling can be a powerful tool for the determination of the nature of the charge carriers in a single tunneling event.
References
[1] M. Ruby, F. Pientka, Y. Peng, F. von Oppen, B.W. Heinrich, and K.J. Franke, "Tunneling Processes into Localized Subgap States in Superconductors", Phys. Rev. Lett. 115, 087001 (2015).
[2] O. Peters, N. Bogdanoff, S. Acero González, L. Melischek, J. Rika Simon, Gaël Reecht, C.B. Winkelmann, Felix von Oppen & K.J. Franke, "Resonant Andreev reflections probed by photon-assisted tunnelling at the atomic scale", Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0972-z; arXiv:2001.09534
References
[1] M. Ruby, F. Pientka, Y. Peng, F. von Oppen, B.W. Heinrich, and K.J. Franke, "Tunneling Processes into Localized Subgap States in Superconductors", Phys. Rev. Lett. 115, 087001 (2015).
[2] O. Peters, N. Bogdanoff, S. Acero González, L. Melischek, J. Rika Simon, Gaël Reecht, C.B. Winkelmann, Felix von Oppen & K.J. Franke, "Resonant Andreev reflections probed by photon-assisted tunnelling at the atomic scale", Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0972-z; arXiv:2001.09534
Mòire Samples: The twisted bilayer graphene scenario
20 ноября 2020 в 16:00
Andrei Bernevig (Princeton University, USA)
We present a full theory of the interacting insulating phases of twisted bilayer graphene around the first magic angle where the bandwidth of the “active” bands becomes very small. We show that the single particle Hamiltonian is fully anomalous: it contains stable topology for every set of bands. Furthermore, we analyze the Coulomb interaction and obtain exact insulating ground states as well as the full excitation spectrum in certain limits.
Higher-order topological insulators and superconductors
15 мая 2020 в 11:30
Piet Brouwer (Free University Berlin, Germany)
Topological insulators combine an insulating bulk with gapless states at their surfaces. This talk introduces "higher-order topological insulators", which are crystalline insulators with a gapped bulk and gapped crystalline boundaries, but topologically protected gapless states at corners or at edges of the crystal. I'll show that such "higher-order boundary states" are a generic boundary manifestation of the nontrivial bulk topology, if the bulk topology relies on a crystalline symmetry for its protection.
Towards an analytic description of periodic anomalous waves in nature via the focusing NLS model (joint work with P. G. Grinevich)
7 мая 2020 в 11:30
Paolo Maria Santini (Dept. of Physics, University of Roma "La Sapienza")
The focusing NLS equation is the simplest universal model describing the modulation instability (MI) of quasi monochromatic waves in weakly nonlinear media, and MI is considered the main physical mechanism for the appearence of anomalous (rogue) waves (AWs) in nature. We first show how the finite gap method adapts to the NLS Cauchy problem for a generic periodic initial perturbation of the unstable background solution, in the case of a finite number N of unstable modes, allowing one to construct the solution, to leading order, in terms of elementary functions of the initial data. In particular, if N=1, one obtains the analytic quantitative description of a Fermi-Pasta-Ulam recurrence of AWs already observed in real (water wave and nonlinear optics) and numerical experiments. Then we present the analytic description of the O(1) effect of a small loss or gain on the dynamics of periodic AWs, in full agreements with recent water wave and numerical experiments. If time remains, we shall discuss analogies and differences with AWs in other contexts: on the Ablowitz-Ladik lattice and in the massive Thirring model relativistic field theory (with F. Coppini).
Charge and entropy transport in strontium titanate
17 апреля 2020 в 11:30
Kamran Behnia (CNRS/ESPCI, PSL Research University, Paris, France)
The ferroelectric instability in pristine strontium titanate is aborted by quantum fluctuations. Therefore, the static electric permittivity saturates to an extremely large value at low temperature and the effective Bohr radius approaches a micron. In this context, removing a tiny fraction of oxygen atoms turns the system to a dilute metal with a sharp Fermi surface and a superconducting instability. The focus of this talk will be charge and entropy transport by electrons in this dilute metal and their general implications.
The temperature dependence of the resistivity of this dilute metal at low-temperature implies that electron-electron scattering can generate a T-square resistivity even in absence of Umklapp scattering with a single Fermi pocket. The magnitude of resistivity at a low temperature would imply a mean-free-path too short to be physically plausible. Combined with the temperature dependence of the Seebeck coefficient, this implies that non-degenerate electrons become heavier with warming. We will see that these observations cannot be explained by available polaronic theories. There is a whole family of dilute metals emerging from doped quantum paraelectrics with similar properties.
The temperature dependence of the resistivity of this dilute metal at low-temperature implies that electron-electron scattering can generate a T-square resistivity even in absence of Umklapp scattering with a single Fermi pocket. The magnitude of resistivity at a low temperature would imply a mean-free-path too short to be physically plausible. Combined with the temperature dependence of the Seebeck coefficient, this implies that non-degenerate electrons become heavier with warming. We will see that these observations cannot be explained by available polaronic theories. There is a whole family of dilute metals emerging from doped quantum paraelectrics with similar properties.
Эффективная теория функций на римановых поверхностях и ее приложения
21 февраля 2020 в 11:30
Богатырев А.Б. (ИВМ РАН)
Многие модельные физические и инженерные задачи допускают точные решения в терминах теоретико-функциональных объектов на римановых поверхностях или пространствах их модулей. Будут рассмотрены вопросы эффективного и надежного вычисления таких объектов (абелевых интегралов, их периодов, линейных и квадратичных дифференциалов, мероморфных функций...) для поверхностей высокого (больше первого) рода. Будут приведены примеры решения нескольких задач.
Electric dipole moment searches using storage rings
24 января 2020 в 11:30
Frank Rathmann (Institut f. Kernphysik, Forschungszentrum Juelich, Germany)
The Standard Model (SM) of Particle Physics is not capable to account for the apparent matter-antimatter asymmetry of our Universe. Physics beyond the SM is required and is either probed by employing highest energies (e.g., at LHC), or by striving for ultimate precision and sensitivity (e.g., in the search for electric dipole moments). Permanent electric dipole moments (EDMs) of particles violate both time reversal (T) and parity (P) invariance, and are via the CPT-theorem also CP-violating. Finding an EDM would be a strong indication for physics beyond the SM, and pushing upper limits further provides crucial tests for any corresponding theoretical model, e.g., SUSY.
Up to now, EDM searches focused on neutral systems (neutrons, atoms, and molecules). Storage rings, however, offer the possibility to measure EDMs of charged particles by observing the influence of the EDM on the spin motion in the ring. Direct searches of proton and deuteron EDMs, however, bear the potential to reach sensitivities beyond 10−29 e⋅cm. Since the Cooler Synchrotron COSY at the Forschungszentrum Jülich provides polarized protons and deuterons up to momenta of 3.7 GeV/c, it constitutes an ideal testing ground and starting point for such an experimental program. Besides the discussion of the achievements of the JEDI collaboration, and the description of an effort to perform a first direct deuteron EDM measurement at COSY, the talk will highlight in addition future technical developments that will pave the way toward EDM searches in dedicated rings. A recent advancement that grew out of the successful work performed by JEDI is the formation of the CPEDM Collaboration, which aims at the design of an EDM prototype ring that could be hosted either at CERN or at COSY, will be discussed as well.
Non-ergodic delocalized states for efficient population transfer within a narrow band of the energy landscape
20 декабря 2019 в 15:00
Vadim Smelyanskiy (Google, Los Angeles)
We will review the advances and challenges in the field of quantum combinatorial optimization and closely related problem of low-energy eigenstates and coherent dynamics in transverse field quantum spin glass models. We will discuss the role of collective spin tunneling that gives rise to bands of delocalized non-ergodic quantum states providing the coherent pathway for the population transfer (PT) algorithm: the quantum evolution under a constant transverse field that starts at a low-energy spin configuration and ends up in a superposition of spin configurations inside a narrow energy window. We study the transverse field induced quantum dynamics of the following spin model: zero energy of all spin configurations except for a small fraction of spin configuration that form a narrow band at large negative energy. We use the cavity method for heavy-tailed random matrices to obtain the statistical properties of the low-energy eigenstates in an explicit analytical form. In a broad interval of transverse fields, they are non-ergodic, albeit extended giving rise to a qualitatively new type of quantum dynamics. For large transverse fields »1 the typical runtime of PT algorithm $\sim \sqrt{2^n / \Omega e^r}$ scales with n and Ω as that of the Grover’s quantum search, except for the small correction to the exponent θ ≈ 1/(2). The model we consider is non-integrable. As a result, our PT protocol does not require any fine-tuning of and may be initialized in a computational basis state. We argue that our approach can be applied to study PT protocol in other optimization problems with the potential quantum advantage over classical algorithms.
Ordered fluctuations: about vestigial order in quantum materials
20 декабря 2019 в 11:30
Joerg Schmalian (Karlsruhe Institute of Technology)
A hallmark of the phase diagrams of quantum materials is the existence of multiple electronic ordered states. In many cases those are not independent, competing phases, but instead display a complex intertwinement. In this talk, we focus on a realization of intertwined orders with a fluctuation-driven vestigial phase characterized by a composite order parameter. In other words, we are investigating the condensation of fluctuations.
We demonstrate that this concept naturally explains the nematic state in iron-based superconductors and nematic superconductivity in doped topological insulators. In addition we propose a natural mechanism for charge 4e superconductivity with half flux quanta. We present a formalism that provides a framework to understand the complexity of quantum materials based on symmetry, largely without resorting to microscopic models.
We demonstrate that this concept naturally explains the nematic state in iron-based superconductors and nematic superconductivity in doped topological insulators. In addition we propose a natural mechanism for charge 4e superconductivity with half flux quanta. We present a formalism that provides a framework to understand the complexity of quantum materials based on symmetry, largely without resorting to microscopic models.
Physics at the Edge of a QHE setting
25 октября 2019 в 11:30
Yuval Gefen (Weizmann Institute of Science, Israel)
The structure of the edge of a QHE edge is constrained, but not dictated, by the topology of the bulk. Particularly interesting is the class of hole-conjugate fractional QH states. For such states the edge hosts counter-propagating modes that are responsible for quantized electrical and thermal conductance. In the coherent quantum limit renormalized edge modes emerge, which may involve neutral modes with non-trivial exchange statistics. I will discuss the behavior of topology-influenced transport coefficient both in the coherent and the fully equilibrated regimes, topological classification of non-equilibrium shot noise, and the relation to recent experiments.
Dynamical Glass - en route from KAM and FPUT to MBL
6 сентября 2019 в 11:30
Sergej Flach (Institute for Basic Science, Republic of Korea)
Classical many body interacting systems are typically chaotic (nonzero Lyapunov exponents) and their microcanonical dynamics ensures that time averages and phase space averages are identical (ergodic hypothesis). In proximity to an integrable limit the long- or short-range properties of the network of nonintegrable action space perturbations define the finite time relaxation properties of the system towards Gibbs equilibrium. I will touch upon few analytical results including the KAM theorem, and review a number of computational studies which originate from the pioneering work of Enrico Fermi, John Pasta, Stanislaw Ulam and Mary Tsingou. I will then focus on short range networks which lead to a dynamical glass (DG), using a classical Josephson junction chain in the limit of large energy densities or small Josephson energies. Close to these limits the Josephson coupling between the superconducting grains induces a short-range nonintegrable network in the corresponding action space. I will introduce a set of quantitative measures which lead to the Lyapunov time TΛ, the ergodization time TE, and to a diffusion constant D. In the DG the system fragments into large patches of nonresonant ’integrable’ grains of size l separated by triplets of resonant chaotic patches, all surviving over large times. TE sets the time scale for chaotic dynamics in the triplets. Contrary, TE ≈ l2/D is the much larger time scale of slow diffusion of chaotic triplets. The DG is a generic feature of weakly non-integrable systems with a short range coupling network in action space, and expected to be related to nonergodic quantum metallic states of quantum many-body systems in proximity to a many-body localization phase.
Двух-жидкостные явления в жидкостях Латтинжера
21 июня 2019 в 11:30
Антон Андреев
One-dimensional quantum liquids are commonly treated using the Luttinger liquid theory, which neglects elementary excitations with high energies. In this approximation, in addition to the number of particles, energy, and momentum the liquid possesses another conserved quantity - J, which may be interpreted as the difference between the numbers of right- and left- moving particles. Beyond the Luttinger liquid approximation J is no longer conserved, but its relaxation time is exponentially long at low temperatures.
I will show that as a result, one-dimensional quantum liquids exhibit two-fluid behavior. In particular in a wide frequency interval they support two sound modes that are similar to the first and second sound in superfluid He.
Minimal excitations states: From time resolved single particle fermionic states for Electron Quantum Optics to Digital communication and music.
24 мая 2019 в 11:30
D. Christian Glattli (Nanoelectronics Group, Service de Physique de l’Etat Condensé, CEA Saclay, France)
In the 90’s, an impressive series of works by theoreticians from the Landau Institute on electrons shot noise in quantum conductors [1] and on the statistics of transfer of electrons [2] has leaded to the emergence of the beautiful concept of minimal excitation states [3-5]. These minimal excitation states can be generated by applying voltage pulses on the contact of a conductor to inject short single electron pulses. These states show minimal noise and provide a convenient and clean single electron source for electron optics whose aim is to perform quantum optics tasks with electrons instead of photons. The minimal excitations states, now called levitons, have been produced in recent experiments [6] and have triggered a large number of theoretical works. They have enabled Hong Ou Mandel like experiments [6] with electrons and single electron quantum Tomography [7]. Extension to fractionally charged anyons is possible.
At the root of the minimal excitation property is a specific single side band modulation of the electron wave by the Lorentzian voltage pulse. This property can be applied to classical electromagnetic or acoustic waves for applications in digital communication [8] or in music sound synthesis.
[1] G. B. Lesovik, JETP Letters, 49 (9), 592-594 (1989).
[2] L.S. Levitov, G.B. Lesovik, Charge-transport statistics in quantum conductors, JETP Lett., 55 (9), 555-559 (1992).
[3] A. Ivanov, H.W. Lee, L.S. Levitov, Coherent states of alternating current, Phys. Rev. B 56(11), 6839-6850 (1997); cond-mat/9501040
[4] L.S. Levitov, H. Lee, G.B. Lesovik, Electron Counting Statistics and Coherent States of Electric Current, J. Math. Phys., 37(10), 4845-4866 (1996); cond-mat/9607137.
[5] J. Keeling, I. Klich, and L. S. Levitov, Minimal Excitation States of Electrons in One-Dimensional Wires, Phys. Rev. Lett. 97, 116403 (2006).
[6] Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons, J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau & D. C. Glattli, Nature, 502, 659–663 (2013).
[7] Quantum tomography of an electron, T. Jullien, P. Roulleau, B. Roche, A. Cavanna, Y. Jin & D. C. Glattli, Nature, 514, 603–607 (2014).
[8] Power Spectrum Density of Single Side Band CPM Using Lorenztian Frequency Pulses, Haïfa Farès, D. Christian Glattli, Yves Louet, Jacques Palicot, Preden Roulleau, and Christophe Moy, IEEE Wireless Communications Letters, 6 (6), 786-789, (2017).
At the root of the minimal excitation property is a specific single side band modulation of the electron wave by the Lorentzian voltage pulse. This property can be applied to classical electromagnetic or acoustic waves for applications in digital communication [8] or in music sound synthesis.
[1] G. B. Lesovik, JETP Letters, 49 (9), 592-594 (1989).
[2] L.S. Levitov, G.B. Lesovik, Charge-transport statistics in quantum conductors, JETP Lett., 55 (9), 555-559 (1992).
[3] A. Ivanov, H.W. Lee, L.S. Levitov, Coherent states of alternating current, Phys. Rev. B 56(11), 6839-6850 (1997); cond-mat/9501040
[4] L.S. Levitov, H. Lee, G.B. Lesovik, Electron Counting Statistics and Coherent States of Electric Current, J. Math. Phys., 37(10), 4845-4866 (1996); cond-mat/9607137.
[5] J. Keeling, I. Klich, and L. S. Levitov, Minimal Excitation States of Electrons in One-Dimensional Wires, Phys. Rev. Lett. 97, 116403 (2006).
[6] Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons, J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau & D. C. Glattli, Nature, 502, 659–663 (2013).
[7] Quantum tomography of an electron, T. Jullien, P. Roulleau, B. Roche, A. Cavanna, Y. Jin & D. C. Glattli, Nature, 514, 603–607 (2014).
[8] Power Spectrum Density of Single Side Band CPM Using Lorenztian Frequency Pulses, Haïfa Farès, D. Christian Glattli, Yves Louet, Jacques Palicot, Preden Roulleau, and Christophe Moy, IEEE Wireless Communications Letters, 6 (6), 786-789, (2017).
Hydrodynamic approach to electronic transport
26 апреля 2019 в 11:30
Boris Narozhny (KIT)
The last few years have seen an explosion of interest in hydrodynamic effects in interacting electron systems in ultra-pure materials. One such material, graphene, is not only an excellent platform for the experimental realization of the hydrodynamic flow of electrons, but also allows for a controlled derivation of the hydrodynamic equations on the basis of kinetic theory. The resulting hydrodynamic theory of electronic transport in graphene yields quantitative predictions for experimentally relevant quantities, e.g. viscosity, electrical conductivity, etc. In this talk I will review recent theoretical advances in the field, compare the hydrodynamic theory of charge carriers in graphene with relativistic hydrodynamics and recent experiments, and discuss applications of hydrodynamic approach to novel materials beyond graphene.
Видео (в связи с ошибкой видео записано не до конца)
On reconstructing nonlinearly encrypted signals corrupted by noise.
12 апреля 2019 в 11:30
Ян Фёдоров (King's College London)
I consider the problem of reconstructing a source vector from its encrypted image corrupted by an additive Gaussian noise.
Assuming encryption to be given by a random Gaussian mapping, the reconstruction problem in the framework of the Least Square Scheme turns out to be equivalent to finding the configuration of minimal energy in a certain version of spherical spin glass model.
As a measure of the quality of the signal reconstruction one can use the mean overlap between the original signal and its recovered image.
Thi overlap is analysed in the framework of Parisi scheme of Replica Symmetry Breaking. If the mapping is quadratic, there exists a threshold in the noise-to-signal ratio beyond which the reconstruction is impossible. The behaviour close to the threshold is controlled by the replica symmetry breaking mechanism and is characterized by a nontrivial exponent 3/4.
Correlation-induced localization
5 апреля 2019 в 11:30
Владимир Кравцов
Conventional Anderson localization is due to destructive interference of
matter waves described by local random Hamiltonians. Correlations in
random diagonal elements of such a Hamiltonian are known to favor
delocalization. Recently systems with non-local Hamiltonians become
experimentally accessible. We consider two families of such random
matrix Hamiltonians with correlations in the long-range hopping terms
and demonstrate that localization is enhanced and the wave function
ergodicity is progressively degrading as the correlations become stronger.
We review the localization/delocalization criteria of Mott and Anderson
and show that the former is the sufficient criterion of weak ergodicity
and the latter is the sufficient criterion of localization. The fact
that these two criteria are not complimentary is the reason why the
non-ergodic extended (multifractal) states may exist when neither the
Mott, nor the Anderson criterion is fulfilled.
We suggest a new class of random matrix models (Toeplitz RMT) with translation-invariant hopping integrals and identify the character of eigenfunction and eigenvalue statistics in them. We formulate the principles of level statistics if the type of eigenfunction statistics is known both in the coordinate and in the momentum basis and demonstrate that for the Toeplitz RMT the ergodic delocalization in the coordinate space may coexist with the Poisson level statistics.
Finally, we suggest a matrix-inversion trick that allows to identify uniquely the type of eigenfunction statistics and prove the absence of delocalized states in the bulk of spectrum of long-range Hamiltonians with deterministic (fully correlated) hopping.
We suggest a new class of random matrix models (Toeplitz RMT) with translation-invariant hopping integrals and identify the character of eigenfunction and eigenvalue statistics in them. We formulate the principles of level statistics if the type of eigenfunction statistics is known both in the coordinate and in the momentum basis and demonstrate that for the Toeplitz RMT the ergodic delocalization in the coordinate space may coexist with the Poisson level statistics.
Finally, we suggest a matrix-inversion trick that allows to identify uniquely the type of eigenfunction statistics and prove the absence of delocalized states in the bulk of spectrum of long-range Hamiltonians with deterministic (fully correlated) hopping.
Recent theoretical developments in the integer quantum Hall effects
22 февраля 2019 в 11:30
Ferdinand Evers (Regensburg University)
The quantum Hall effects belong to the most striking phenomena in condensed matter physics. Despite of intensive theoretical efforts over the last three decades, important aspects of the quantum Hall transitions are still not fully understood. In particular, there is still no consensus concerning the critical field theory and the corresponding scaling properties of the observables near and at the plateau transition.
Notwithstanding this status, the last ten years have seen considerable progress in understanding basic properties of scaling near localization-delocalization transitions that have implications also for the quantum Hall transition. These concern, e.g., the important topic of corrections to scaling, the wavefunction statistics and higher-order multifractality. A brief review of these developments will be offered in the first part of the talk.
The second part of the talk will be devoted to the spin quantum Hall effect, which is a variant of the integer quantum Hall effect (class A) taking place in the Altland-Zirnbauer class C. For this transition several critical exponents are known analytically and can serve as reference points. Therefore, this transition provides an ideal testbed for the qualitative predictions made by analytical theories. Analytical predictions will be confronted with most recent numerical results.
Notwithstanding this status, the last ten years have seen considerable progress in understanding basic properties of scaling near localization-delocalization transitions that have implications also for the quantum Hall transition. These concern, e.g., the important topic of corrections to scaling, the wavefunction statistics and higher-order multifractality. A brief review of these developments will be offered in the first part of the talk.
The second part of the talk will be devoted to the spin quantum Hall effect, which is a variant of the integer quantum Hall effect (class A) taking place in the Altland-Zirnbauer class C. For this transition several critical exponents are known analytically and can serve as reference points. Therefore, this transition provides an ideal testbed for the qualitative predictions made by analytical theories. Analytical predictions will be confronted with most recent numerical results.
Noisy quantum measurements: just a nuisance or fundamental physics?
7 декабря 2018 в 11:30
Wolfgang Belzig
Weak, almost non-invasive quantum measurements differ from the standard text book example of strongly invasive, projective measurements, since they leave the measured system basically unchanged. This opens the path to measure e.g. non-commuting observables and at the same time poses several open questions: Which order of operators is measured? Can quantum tests like Bell or Leggett-Garg be reformulated? What time scales are involved in the measurement process? We will address some basic properties of weak measurements leading to surprises like apparent spontaneous time-reversal symmetry breaking or the possibility of engineered detectors to tailor the measured quantum correlations.
Эксперименты с ферми- и бозе-газами
30 ноября 2018 в 11:30
Андрей Турлапов, ИПФ РАН, г. Нижний Новгород
Способы достижения температур уровня нанокельвинов в атомных газах станут первой темой доклада. Далее будут приведены примеры интересных экспериментов с квантовыми газами. В то же время речь пойдёт о сложностях, которые встречаются в экспериментах и о возможных, ещё не реализованных, путях их преодоления. В заключении подробно будет обсуждаться неопубликованный эксперимент по интерференции цепочки бозе-конденсатов, в котором возникает пространственно периодическая интерференционная картина, несмотря на то, что относительные фазы конденсатов случайны.
Видео
Видео
Гравитационно-волновая астрономия: в ожидании новых источников
9 ноября 2018 в 11:30
Константин Постнов (ГАИШ МГУ)
Будет проведен анализ первых лет работы гравитационно-волновых детекторов
LIGO/Virgo (сентябрь 2015 - август 2017), обнаруживших 6 слияний двойных черных дыр и одно слияние двойных нейтронных звезд. Будут рассмотрены основные результаты и возникшие проблемы в астрофизической интерпретации свойств источников. Новые наблюдения начнутся в феврале 2019 года.
Wonders of viscous electronics
19 октября 2018 в 11:30
Gregory Falkovich (Weizmann Institute of Science, Israel)
Quantum-critical strongly correlated systems feature universal collision-dominated collective transport. Viscous electronics is an emerging field dealing with systems in which strongly interacting electrons flow like a fluid. Such flows have some remarkable properties never seen before. I shall describe recent theoretical and experimental works devoted, in particular, to a striking macroscopic DC transport behavior: viscous friction can drive electric current against an applied field, resulting in a negative resistance, recently measured experimentally in graphene. I shall also describe conductance exceeding the fundamental quantum-ballistic limit, field-theoretical anomalies and other wonders of viscous electronics. Strongly interacting electron-hole plasma in high-mobility graphene affords a unique link between quantum-critical electron transport and the wealth of fluid mechanics phenomena.
Quantum electrodynamics of heavy ions and atoms
5 октября 2018 в 11:30
Владимир Моисеевич Шабаев (физфак СПбГУ)
The present status of the QED theory of heavy ions and atoms is reviewed. The theoretical predictions for the Lamb shifts, the hyperfine splittings, and the bound-electron g factors of highly charged few-electron ions are compared with available experimental data. Special attention is paid to tests of QED at strong-coupling regime and determination of fundamental constants. The current status of studying the parity nonconservation effects with heavy atoms is also reported. Recent results on the charge-transfer and pair-creation probabilities in low-energy heavy-ion collisions are presented. Prospects for tests of QED at supercritical fields are discussed.
Superconductivity that breaks time-reversal symmetry and its experimental manifestations
28 сентября 2018 в 11:30
Victor Yakovenko (University of Maryland)
References:
- [1] X. Gong, M. Kargarian, A. Stern, D. Yue, H. Zhou, X. Jin, V. M. Galitski, V. M. Yakovenko, and J. Xia, Science Advances 3, e1602579 (2017), arXiv:1609.08538
- [2] P. M. R. Brydon, D. S. L. Abergel, D. F. Agterberg, and V. M. Yakovenko, arXiv:1802.02280
Quantum Many-Body Physics of Qubits
22 июня 2018 в 11:30
Leonid Glazman (Yale University)
Eukaryotic cell polarity and protein sorting
27 апреля 2018 в 11:30
Andrea Gamba, Politecnico di Torino
Chiral magnetic crystals
23 марта 2018 в 11:30
Markus Garst (TU Dresden)
The weak Dzyaloshinskii-Moriya interaction in chiral cubic magnets like MnSi, FeGe or Cu2OSeO3 twists the magnetization on long length scales resulting in spatially periodic magnetic textures — magnetic crystals. There exist especially magnetic crystals with a one- and two-dimensional periodicity corresponding to the magnetic helix and the topologically non-trivial skyrmion lattice, respectively. In this talk, we provide an overview of their properties. In particular, we discuss the crystallization process of these magnetic crystals that is characterized by strongly correlated chiral paramagnons that drive the transition first-order [1,2]. This fluctuation-induced first-order transition is well described by a theory put forward by Brazovskii. We will introduce the magnon band structure and their non-reciprocal properties in the presence of a magnetic field [3,4]. For the skyrmion lattice, this band structure is topological and characterized by finite Chern numbers that can be attributed to the formation of magnon Landau levels due to an emergent orbital magnetic field [5,6,7]. Finally, we will discuss domain walls of helimagnets that share similarities with grain boundaries consisting of disclination and dislocation defects of the helimagnetic order [8].
Video
References:
- [1] M. Janoschek et al. Phys. Rev. B 87, 134407 (2013).
- [2] A. Bauer, M. Garst and C. Pfleiderer, Phys. Rev. Lett. 110, 177207 (2013).
- [3] M. Kugler et al. Phys. Rev. Lett. 115, 097203 (2015)
- [4] T. Weber et al. arXiv:1708.02098
- [5] C. Schütte and M. Garst, Phys. Rev. B 90, 094423 (2014).
- [6] T. Schwarze, J. Waizner, M. Garst, A. Bauer, I. Stasinopoulos, H. Berger, C. Pfleiderer, and D. Grundler, Nat. Mater. 14, 478 (2015).
- [7] M. Garst J. Waizner, and D. Grundler, J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 293002 (2017)
- [8] P. Schoenherr et al. Nat. Phys. in press, arXiv:1704.06288
Video
TBA
в 11:30
Владимир Енальдиев (Абрикосовский центр теоретической физики, МФТИ)