Realizing discontinuous quantum phase transitions in a strongly correlated driven optical lattice

亚稳态 过剩 物理 量子相变 超冷原子 凝聚态物理 相变 光学晶格 振幅 格子(音乐) 量子 量子相 量子临界点 量子力学 相(物质) 莫特绝缘子 相图 拓扑序
作者
Bo Song,Shovan Dutta,Shaurya Bhave,Jr-Chiun Yu,Edward Carter,Nigel R. Cooper,Ulrich Schneider
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41567-021-01476-w
摘要

Discontinuous (first-order) quantum phase transitions and the associated metastability play central roles in diverse areas of physics, ranging from ferromagnetism to the false-vacuum decay in the early Universe1,2; yet, their dynamics are not well understood. Ultracold atoms provide an ideal platform for experimental simulations of quantum phase transitions3,4; so far, however, studies of first-order phase transitions have been limited to systems with weak interactions5,6,7,8, where quantum effects are exponentially suppressed. Here we realize a strongly correlated driven many-body system whose transition can be tuned from continuous to discontinuous. Resonant shaking of a one-dimensional optical lattice hybridizes the two lowest Bloch bands9,10, driving a novel transition from a Mott insulator to a superfluid with a staggered phase order. For weak shaking amplitudes, this transition is discontinuous and the system can remain frozen in a metastable state, whereas for strong shaking, it undergoes a continuous transition towards a superfluid. Our observations of this metastability and hysteresis agree with numerical simulations and pave the way for exploring the crucial role of quantum fluctuations in discontinuous transitions.

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