量子シミュレーション：フェルミ・ハバード量子シミュレーターにおける長岡ポーラロンの観測

量子干渉は、物質の多体相の性質を根本から変化させ得る。長岡は、ハバード模型の場合、単一の遍歴電荷を導入すると経路干渉によって常磁性絶縁体が強磁性体に変化し得ることを示した。しかし、個々に画像化されるドーパントによって誘起されるこの運動論的磁性を微視的に観測することは、これまで困難であった。今回我々は、三角光格子中で強く相互作用するフェルミオンを用いて実現されたハバード系において、長岡ポーラロンが出現することを実証する。我々は、量子気体顕微鏡法を用いて、コヒーレントなドーパントの動きとスピン交換の局所的な相互作用から生じる、粒子ドーパントの周りに広がった強磁性バブルとして、こうしたポーラロンを画像化した。対照的に、三角形状に起因する運動論的フラストレーションは、正孔ドーパントの周りの反強磁性ポーラロンを促進する。今回の成果は、強相関系における電荷運動によって駆動されるエキゾチックな量子相や、数値シミュレーションが困難なサイズのエキゾチックな量子相の探索を予感させるものである。

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