Quantum simulation of two dimensional fermionic systems

QuFerm2D

Finanziamento del: European Commission – European Research Council (ERC)  
Calls: ERC-2012-StG
Data inizio: 2012-11-01  Data fine: 2017-10-31
Budget totale: EUR 1.243.200,00  Quota INO del budget totale: EUR 1.243.200,00
Responsabile scientifico: Roati Giacomo    Responsabile scientifico per INO: Roati Giacomo

Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: CNR – Istituto Nazionale di Ottica (INO)

altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:

altro personale INO coinvolto:

Burchianti Alessia
Scazza Francesco
Schiavinatti Tavares Pedro Ernesto
Valtolina Giacomo
Zaccanti Matteo


Abstract: I sistemi fermionici bidimensionali mostrano notevoli proprietà fisiche, non solamente di interesse fondamentale ma anche dirette verso un’applicazione tecnologica. Due esempi paradigmatici sono i superconduttori ad alta temperatura e il grafene. Nonostante numerosi anni di studio, la comprensione dei meccanismi alla base di tali fenomeni non è tuttora completa. In QuFerm2D, propongo di usare gas atomici di Fermi per studiare la fisica dei sistemi bidimensionali fortemente correlati. Infatti i gas atomici ultrafreddi possono essere considerati come simulatori quantistici ideali di fenomeni a molti corpi grazie alla possibilità unica di controllare la maggior parte dei parametri rilevanti. La macchina sperimentale beneficerà di tutte le tecniche sperimentali più avanzate, come l’imaging ad alta risoluzione e il controllo dell’interazione tra le particelle. Grazie all’utilizzo di potenziali ottici arbitrari si potrà creare l’ambiente ideale per l’implementazione di modelli quantistici. In questo progetto vogliamo caratterizzare sia la fase normale che superfluida dei fermioni bidimensionali. Ad alta temperatura potremo studiare l’equazione di stato per verificare l’applicabilità della teoria di liquido di Fermi, mostrando il ruolo delle fluttuzioni. Nel regime superfluido, studieremo il ruolo del tunnelling tra i layer, discriminando tra la dinamica coerente Josephson e quella a singola particella,
determinando anche in questo modo il gap in energia del superfluido. Aggiungendo disordine in maniera controllata, potremo simulare la fisica dei superconduttori granulari, verificando la robustezza del parametro d’ordine e l’insorgere di fasi metalliche ad alta temperatura. La comprensione di queste fenomenologie sarà il passo fondamentale per poter poi implementare Hamiltoniane di Fermi-Hubbard sia in reticoli quadrati che esagonali, che sono predette descrivere i meccanismi microscopici dei superconduttori ad alta temperatura e del grafene anche in presenza di interazione forte.

Esperimenti/Studi INO correlati:
Strongly-correlated fermionic systems
Unequal mass fermions with two and three-body resonant interactions

Risultati scientifici:
1) Efficient all-optical production of large Li-6 quantum gases using D-1 gray-molasses cooling
2) Josephson effect in fermionic superfluids across the BEC-BCS crossover