Self-generated quantum gauge fields in arrays of Rydberg atoms

  • As shown in recent experiments (Lienhard et al 2020 Phys. Rev. X 10 021031), spin–orbit coupling in systems of Rydberg atoms can give rise to density-dependent Peierls phases in second-order hoppings of Rydberg spin excitations and nearest-neighbor repulsion. We here study theoretically a one-dimensional zig-zag ladder system of such spin–orbit coupled Rydberg atoms at half filling. The second-order hopping is shown to be associated with an effective gauge field, which in mean-field approximation is static and homogeneous. Beyond the mean-field level the gauge potential attains a transverse quantum component whose amplitude is dynamical and linked to density modulations. We here study the effects of this to the possible ground-state phases of the system. In a phase where strong repulsion leads to a density wave, we find that as a consequence of the induced quantum gauge field a regular pattern of current vortices is formed. However also in the absence of density–density interactions the quantum gauge field attains a non-vanishing amplitude. Above a certain critical strength of the second-order hopping the energy gain due to gauge-field induced transport overcomes the energy cost from the associated build-up of density modulations leading to a spontaneous generation of the quantum gauge field.

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Verfasser*innenangaben:Simon OhlerORCiD, Maximilian Kiefer-Emmanouilidis, Antoine Browaeys, Hans Peter Büchler, Michael FleischhauerORCiD
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-81581
DOI:https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac4a15
ISSN:1367-2630
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):New Journal of Physics
Verlag:IOP
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):30.04.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):30.04.2024
Ausgabe / Heft:24
Seitenzahl:20
Quelle:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/ac4a15
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Physik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung