Modelli di polaroni programmabili e tomografia nei simulatori quantistici a ioni intrappolati

Abstract degli autori

Un forte accoppiamento tra portatori di carica mobili o eccitoni e vibrazioni reticolari dà origine ai polaroni: quasiparticelle costituite da portatori di carica vestiti da una nube di eccitazioni fononiche. La formazione dei polaroni determina le proprietà di trasporto di sistemi che spaziano dagli ossidi di metalli di transizione e dai semiconduttori organici ai complessi di raccolta della luce. Nei sistemi eccitonici che ammettono una descrizione in termini di bosoni hard-core, mappare le eccitazioni in pseudospin offre un quadro naturale per studiare la fisica dei polaroni, compreso il regime non perturbativo, in cui le ampiezze di hopping, le energie dei fononi e le intensità di accoppiamento sono comparabili. Qui proponiamo uno schema basato su ioni intrappolati per realizzare Hamiltoniane spin-fonone con un accoppiamento spaziale programmabile tra la densità di eccitazione e gli spostamenti dei fononi, che comprende interazioni locali di Holstein e interazioni di tipo Fröhlich a lungo raggio. Per accedere a quasiparticelle fortemente vestite, il cui peso spettrale nudo è soppresso, introduciamo funzioni di Green spostate, realizzate mediante spostamenti dei fononi dipendenti dallo spin. La loro risposta spettrale rivela lo spettro delle bande dei polaroni, comprese le energie di legame e le bande laterali associate alle eccitazioni fononiche, mentre le misure risolte spazialmente sondano la struttura della nube di rivestimento fononico, offrendo una via alla tomografia dei polaroni. Completiamo inoltre questa spettroscopia con misure dirette e assistite da ancilla delle correlazioni spin-fonone, che tracciano la dinamica accoppiata dell’eccitazione e del suo ambiente. Questi approcci collegano lo spettro emergente delle quasiparticelle allo sviluppo microscopico della loro nube di rivestimento, consentendo studi controllati di come la portata spaziale dell’accoppiamento plasmi la formazione e la mobilità dei polaroni.