Instituto de Física

Estudo no IF avança o entendimento de Cristais Temporais Quânticos com publicação no Physical Review Letters

publicado: 19/06/2023 11h04,
última modificação: 19/06/2023 12h17

Em um estudo publicado em maio no periódico Physical Review Letters, uma equipe composta por membros do Instituto de Física da UFF, professor Fernando Iemini, pós-doutorando Leonardo da Silva Souza e mestrando Luis Fernando dos Prazeres, exploram em detalhes as condições necessárias e suficientes para o aparecimento de cristais temporais em sistemas quânticos.

O interesse no estudo de ”novas fases quânticas” advém de grandes avanços recentes no desenvolvimento de técnicas experimentais em sistemas artificiais, como átomos frios e íons presos, que permitem um controle de alta precisão sobre a dinâmica de não-equilíbrio em sistemas quânticos de muitos corpos. Ao explorar tais fenômeno, tornou-se possível alcançar fases quânticas da matéria que existem muito além do regime de equilíbrio. Entre as novas fases estão fenômenos emergentes em sistemas de não-equilíbrio fortemente correlacionados denominados cristais temporais.

Cristais temporais são um estado da matéria em que a simetria de translação do tempo é quebrada espontaneamente. Enquanto a possibilidade de haver tal quebra de simetria foi descartada para sistemas quânticos em seu estado fundamental ou térmico, um cristal temporal pode emergir como um fenômeno verdadeiramente de não equilíbrio que não é entendido como um simples análogo no tempo de um cristal comum. Em trabalhos anteriores foram propostas formas particularmente interessantes dessas fases em sistemas quânticos abertos de muitos corpos, denominados cristais temporais dissipativos. Tais sistemas possuem dinâmica efetiva descrita por equações mestras Lindbladianas e caracterizam fases da matéria originadas da competição entre termos coerentes e dissipativos da dinâmica.

No estudo publicado no Physical Review Letters, a equipe explora condições de suficiência para excitações do tipo ”gapless” em sistemas dissipativos compostos por spin e bósons interagentes, e mostram a conexão de tais excitações com o aparecimento dos cristais de temporais. De uma forma geral, as excitações de um sistema quântico podem caracterizar o comportamento crítico em transições de fase dissipativas, o surgimento de quebra de simetrias bem como a dinâmica de relaxamento assintótica em direção aos estados estacionário do sistema. Os pesquisadores estudaram modelos de muitos corpos para os quais a aproximação semiclassica de campo médio (MF) é exata. Em tais sistemas, as magnetizações obtidas por MF não podem alcançar dinamicamente as magnetizações de spin do estado estacionário de não-equilíbrio (NESS) devido à conservação do momento angular total do spin e fortes correlações entre os spins [conforme ilustrado na Fig. 1]. Essa frustração do MF em reproduzir os valores esperados do NESS leva a uma dinâmica persistente que pode suportar a formação de fases cristais temporais. Especificamente, para cristais temporais dissipativos, as excitações “gapless” geram uma dinâmica assintótica de longa duração em direção ao estado estacionário, com um tempo de vida divergente no limite termodinâmico.

Referências:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.180401

https://sites.google.com/view/fernandoieminienglish/homepage

http://lattes.cnpq.br/8034924654599969

http://lattes.cnpq.br/7133721777654680