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dc.contributor.advisor Pruschke, Thomas Prof. Dr.
dc.contributor.author Manmana, Salvatore Rosario
dc.date.accessioned 2017-05-18T09:13:44Z
dc.date.available 2017-05-18T09:13:44Z
dc.date.issued 2017-05-18
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0023-3E4E-3
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc 530 de
dc.title Quantum Magnetism, Nonequilibrium Dynamics and Quantum Simulation of Correlated Quantum Systems de
dc.type habilitation de
dc.date.examination 2015-06-03
dc.subject.gok Physik (PPN621336750) de
dc.description.abstractger Die theoretische und experimentelle Untersuchung stark korrelierter Quantensysteme im und ausserhalb des Gleichgewichts ist in den letzten Jahren zu einem zentralen Forschungsschwerpunkt in der Physik der kondensierten Materie geworden. In dieser Habilitationsschrift werden anhand eigener Beiträge aktuelle Entwicklungen diskutiert und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen des Feldes gegeben. Es wird dabei ein direkter Bezug von theoretischen Zugängen zu aktuellen Experimenten mit ultrakalten Gasen und mit stark korrelierten Materialien genommen. Insbesondere werden mikroskopische Modelle diskutiert, die zur Modellierung stark korrelierter Materialien (wie z.B. Quantenmagnete) herangezogen werden. Das zweite Thema der Schrift behandelt die Realisierung und Untersuchung von Quantenvielteilcheneffekten in aktuellen Experimenten mit ultrakalten Gasen durch sogenannte Quantensimulatoren. Ziel ist es, aufgrund theoretischer Überlegungen Vorhersagen zur Emulation stark korrelierter Systeme zu treffen und, basierend auf numerisch exakten Simulationen, Vorhersagen für die Experimente zu treffen. Da solche Experimente insbesondere auch ausserhalb des Gleichgewichts durchgeführt werden können, knüpft dies direkt an das dritte Thema der Schrift an, in dem die Physik von Quantenvielteilchensystemen ausserhalb des Gleichgewichts untersucht wird. Dazu gehören die Behandlung des Relaxationsverhaltens nach sogenannten Quantum Quenches und Fragestellungen zum Transport, die hier anhand von Situationen auf optischen Gittern diskutiert werden. Die drei Themenbereiche werden überspannt von der Fragestellung, wie man neuartige Quantenzustände realisieren kann, und wie man diese charakterisieren kann. Ausserhalb des Gleichgewichts erwächst die Fragestellung, ob durch das Relaxationsverhalten ungewöhnliche Zustände erzeugt werden können. Wie in dieser Arbeit diskutiert, ergeben sich in der Tat unerwartete Ergebnisse, wie die Bildung negativer Temperaturen, oder das Anwachsen der Teilchendichte verursacht durch repulsive Wechselwirkungen. Im Gleichgewicht kann das Vorhandensein starker Magnetfelder zu interessantem Verhalten führen, wie anhand verschiedener Systeme diskutiert wird. Hervorzuheben sind hier die Bildung unkonventioneller Mott-Isolatoren, von Phasen mit 'spin-nematischer' Ordnung, und unkonventionelle Quantenphasenübergänge. Eine aktuelle Entwicklung der aktuellen Forschung behandelt die Bildung sogenannter topologischer Phasen, die nicht durch einen lokalen Ordnungsparameter beschrieben werden und sich somit der Charakterisierung im Rahmen der Landau-Theorie von Phasen und Phasenübergängen entziehen. Aktuelle Fragestellungen sind die Realisierung solcher Phasen im Vorhandensein von Wechselwirkungen, auch langreichweitiger Natur, wie sie in Quantensimulatoren mit polaren Molekülen in Erscheinung treten. In dieser Schrift wird diskutiert, wie diese Fragestellungen durch einen numerischen Zugang - die Dichtematrixrenormierungsgruppe - behandelt werden können und wie diese sehr flexible Methode zu interessanten Einsichten in die facettenreiche Physik stark korrelierter Quantensysteme führt. de
dc.description.abstracteng The theoretical and experimental investigation of strongly correlated quantum systems in- and out-of-equilibrium has been a recent focus of research in condensed matter physics. In this Habilitation thesis, I present recent and future developments of the field in the context of my own contributions. A direct relation between theoretical approaches and experiments with ultracold gases and in strongly correlated materials is made, and I discuss useful microscopic models for the description of such materials (e.g., quantum magnets). The second topic of the thesis addresses the realization of quantum many body effects in ongoing experiments with ultracold gases in the context of so-called 'Quantum Simulators'. Theoretical considerations based on so-called 'numerically exact' simulations are used to make predictions for the concrete experimental implementation of such emulators for strongly correlated systems. These experiments can be performed in a very well controlled way out-of-equilibrium, which directly connects to the third topic of the thesis, the investigation of the nonequilibrium dynamics of quantum many body systems. This addresses the relaxation behavior after so-called 'Quantum Quenches' and problems related to transport, here discussed in the context of optical lattices. The three topics are bridged by the question for the realization and characterization of novel quantum states of matter. In out-of-equilibrium situations the question is addressed if such states can be identified in the relaxation behavior. As further discussed in this thesis, indeed unconventional behavior as, e.g., the formation of 'absolute negative temperatures' and the increase of particle population in the presence of repulsive interactions is realized. In equilibrium, a bouquet of interesting behavior in various systems can be revealed in the presence of strong magnetic fields. Examples are unconventional Mott insulators, phases with 'spin-nematic order' and unusual quantum critical behavior. A recent development addresses so-called topological phases which are not described in terms of a local order parameter and hence do not fall into the realm of validity of the usual Landau theory of phases and phase transitions. Questions arise for the effect of interactions, in particular also the presence of long-range interactions as realized in quantum simulators with ultracold polar molecules. The thesis demonstrates how these aspects can be addressed via numerical methods - in particular the density matrix renormalization group method - and how this approach has been leading to interesting insights into the multi-facetted behavior of correlated quantum systems. de
dc.subject.eng Habilitation de
dc.subject.eng Density Matrix Renormalization Group de
dc.subject.eng Strongly Correlated Quantum Systems de
dc.subject.eng Quantum Many Body Systems de
dc.subject.eng Nonequilibrium Dynamics de
dc.subject.eng Quantum Magnetism de
dc.subject.eng Quantum Simulators de
dc.subject.eng Unconventional Phases of Matter de
dc.subject.eng Quantum Criticality de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0023-3E4E-3-2
dc.affiliation.institute Fakultät für Physik de
dc.identifier.ppn 887726062

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