Examinando por Materia "Bosones"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Bosonización en un sistema de bosones reticulares de espın-1 fuertemente interactuantes
    (Universidad del Valle, 2022) Reyes Osorio, Felipe; Rodríguez Ramírez, Karem Cecilia
    Desarrollos teóricos y experimentales en el siglo XX han llevado a la realización experimental del condensado de Bose-Einstein, lo cual ha sido un importante logro dentro del área de la materia condensada. A partir de ahí, en el siglo XXI su estudio se ha expandido al de sistemas de muchos cuerpos desde supernovas hasta ultra bajas energías, como lo es el análisis de gases cuánticos sujetos a redes ópticas. Más aún, el alto grado de control que proporciona las técnicas experimentales de átomos ultra-fríos ha traído a los sistemas unidimensionales a la realidad experimental. Es una dimensión, las fluctuaciones tienden a ser colectivas y a propagarse a través de largas distancias debido a la inevitabilidad de las colisiones. Por ende se han desarrollado teorías que se valen de esto para lograr describir estos sistemas. En el presente trabajo derivamos pedagógicamente el formalismo de la bosonización, y lo aplicamos a un gas bosónico unidimensional de espín-1 sujeto a una red óptica. Calculamos el espectro del sistema a bajas energías para mostrar la existencia de una transición de fase entre el superfluido y el aislante de Mott. Enfocándonos en este último. Consideramos a la energía cinética como una perturbación para formular el modelo bilineal-bicuadrático de Heinsenberg que describe al islante. Discutimos aspectos generales de la física de espín-1, proponemos varios hamiltonianos efectivos con los que describimos diferentes sectores del espacio de fases y determinamos las transiciones entre los mismos
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    PublicaciónAcceso abierto
    Dinámica de uno y dos bosones reticulares de espín 1 en presencia de campos magnéticos periódicos externos
    (Universidad del Valle, 2024) Loaiza Ospina, Sebastián; Rodriguez-Ramirez, Karen
    La realización experimental del condensado de Bose-Einstein ha resaltado la importancia de controlar y manipular, con facilidad, sistemas cuánticos cada vez más complejos. En este contexto, el estudio de átomos ultra-fríos cargados en redes ópticas ha demostrado cumplir con estas exigencias, proporcionando escenarios ideales para investigar sistemas cuánticos muy complejos, que solo pueden ser analizados a través de simuladores cuánticos. En este trabajo, se implementa numéricamente el teorema de Floquet usando el método del espacio de Hilbert extendido. El objetivo es estudiar la dinámica de uno y dos bosones de espín 1 en una red óptica unidimensional, en el régimen de superfluido, utilizando como base el hamiltoniano de Bose-Hubbard de espín 1. Además, se aborda el estudio de dicho sistema bajo la influencia de campos de Zeeman lineales o cuadráticos externos, conducidos periódicamente de manera tanto lineal como cuadrática. En primer lugar, se presenta el modelo a estudiar. Comenzamos con el modelo de Bose-Hubbard sin espín para, posteriormente, incorporar el grado de libertad de espín 1 junto con sus interacciones e incluir campos de Zeeman, tanto lineales como cuadráticos, acoplados a un driving periódico, lo que sitúa a nuestro sistema en un marco dinámico. Posteriormente, se introduce la representación bosónica de SU(3) para espín 1 como grupo de simetría, junto con las bases, estados y observables relevantes necesarios para caracterizar completamente nuestro sistema. Para analizar eficazmente este sistema, se emplea una técnica numérica basada en la teoría de Floquet. Se describe el teorema de Floquet, sus implicaciones y sus analogías con el teorema de Bloch. Luego, se presenta el método numérico principal utilizado en nuestro análisis: el método del espacio de Hilbert extendido, que aprovecha la naturaleza periódica de nuestro sistema para transferir el problema al espacio armónico de Fourier, donde la evolución del estado se puede determinar fácilmente. Este método se valida resolviendo analíticamente, de manera exacta, nuestro sistema de una partícula en dos sitios y se compara con nuestra implementación numérica, demostrando una coincidencia sin errores discernibles. Entre los resultados obtenidos, se muestra que, independientemente de la presencia de interacciones cuadrupolares o incluso de interacciones del tipo densidad entre partículas, cualquier estado de espín 1 muestra inherentemente tanto orden cuadrupolar como espinorial. De hecho, se muestra que, cuando el estado inicial es un estado local, sin importar el campo aplicado, la dinámica del orden cuadrupolar, junto con la espinorial, puede condensarse en la desigualdad 10/9 ≤ ⟨Ŝ⟩²t + ⟨Q⟩²t ≤ 4/3, donde el límite superior e inferior resultan ser los valores propios de los operadores cuadrático y cúbico de Casimir del grupo SU(3), respectivamente. Adicionalmente, se muestra que la presencia de campos magnéticos genera nuevas fases y fenómenos en los sistemas, tales como la ruptura de la simetría de invarianza temporal en el caso de una sola partícula bajo un campo lineal, lo que da lugar a fenómenos como la precesión del espín o la resonancia del spin-mixing en el caso de dos partículas bajo un campo cuadrático, donde la intensidad del campo y la interacción entran en fase, mostrando oscilaciones máximas y rápidas que no decaen en el tiempo. Finalmente, se concluye que el método numérico del espacio de Hilbert extendido, basado en el teorema de Floquet, es una herramienta robusta y de alto nivel que proporciona una forma directa y sencilla de estudiar sistemas cuánticos de manera dinámica, incluso en presencia de interacciones complejas y espacios de Hilbert grandes. Además, demuestra una versatilidad notable para analizar los sistemas desde distintos regímenes impuestos por la periodicidad del driving acoplado, tales como el régimen de altas frecuencias, bajo la aproximación de onda rotante, el régimen fuerte, entre otros.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Propiedades de coherencia cuántica en sistemas bosónicos de baja dimensionalidad.
    (2019-10-31) Rodriguez Ramirez, Karem Cecilia; Marin Alvarado, Gustavo Adolfo; Olaya Agudelo, Vanessa Carolina
    En este proyecto, presentamos la implementación de un interferómetro Mach-Zehnder explorando las propiedades de coherencia de ondas de materia bosónicas ultra frías. El sistema es modelado mediante la ecuación de Gross-Pitaevskii. La onda incidente es dividida 50:50 por un potencial doble pozo dependiente del tiempo. Un haz experimenta un corrimiento de fase controlado y finalmente los dos haces se recombinan. Las soluciones son obtenidas mediante diferencias finitas para la discretización espacial y Runge-Kutta para la evolución temporal. Se presentan la densidad y la fase para diferentes potenciales externos desarrollados, para cada caso la fidelidad es monitoreada para analizar la adiabaticidad del proceso dinámico. El otro sistema bosónico bajo estudio es un sistema molecular reticular unidimensional de moléculas LiCs que se encuentra en la fase fuertemente interactuante de aislante de Mott, con una molécula por sitio preparada en el estado base y primer estado excitado rovibracional en presencia de un campo eléctrico perpendicular a la red. A grandes distancias intermoleculares, la interacción dipolo-dipolo en la aproximación de primeros vecinos domina la dinámica del problema. La entropía de entrelazamiento de Von Neumann generada durante la dinámica es presentada para evoluciones temporales cortas. El potencial de este tipo de sistemas moleculares para ser usados en protocolos de información cuántica se evidencia en la aparición temprana de un ordenamiento a largo alcance en la matriz densidad de una partícula. Las simulaciones numéricas son hechas usando el algoritmo de evolución temporal de decimación en bloque basado en el formalismo de estados producto de matriz y la descomposición de Susuki-Trotter.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Systematization of the world-line quantum Monte Carlo algorithm
    (Universidad del Valle, 2025) Pinilla Realpe, Juan Pablo; Rodriguez-Ramirez, Karen
    The World-Line Quantum Monte Carlo method is a stochastic numerical analysis tool, the implementation of which is of particular relevance in the study of quantum many-body systems. These systems are often difficult to study using analytical techniques or conventional numerical methods. The objective of this study is to simulate a reticular bosonic spin 1 system in the Mott insulator phase, with the aim of characterizing the quantum phase transition between the XY-Ferro and Large D magnetic phases by means of the World-Lines Quantum Monte Carlo. The study highlights the importance of characterizing the magnetic phases using local and non-local observables, which provide information about the magnetic properties of the system in the z-axis. In addition, the transition between the Large D and XY-Ferro phases is analyzed and compared with the results obtained by the MPS algorithm and the field theory. The document begins by establishing the physics of the Bose-Hubbard model, which is a theoretical model for an ultracold system of bosonic spin-1 particles in an optical lattice. The inclusion of the spin degree of freedom in the model gives rise to two types of interactions between the bosons: one that preserves the spin projection after the interaction and one that modifies it. To study the magnetic properties of the system, a quadratic Zeeman field is incorporated into the model, which partially lifts the degeneracy and minimizes the energy of the system depending on the field strength and the magnetic projections of the bosons. Subsequently, Quasi-Degenerate Perturbation Theory is applied, considering the particles’ hopping between lattice sites as the perturbative term, to obtain an effective model of the system. The Bilinear-Biquadratic Heisenberg model is obtained, which restricts the system to the Mott insulator phase and is parametrized by the boson’s interaction strength θ and the field strength D. Finally, the condition of a fixed number of bosons in the lattice is imposed on the canonical partition function of the system. After performing algebraic manipulations to facilitate its calculation, the functional form of a partition function for a grand canonical ensemble in the presence of a linear Zeeman field is retrieved. The algorithm implementation involves the transformation of the partition function of the quantum system to another partition function corresponding to that of a classical system with an additional dimension, the imaginary time, which stores the information about the thermalization of the system ground-state. The Metropolis algorithm is addressed, this method implements the importance sampling and allows the measurement of local and non-local observables through estimators. Specifically, it is possible to measure the internal energy, the magnetization, the total number of bosons, the quadrupole density and two types of spin correlations. In addition, the magnetic susceptibility of the system was measured, which allows the construction of the phase diagram for the transition between the XY-Ferro and Large D phases.