Метод квантового Монте-Карло для моделирования поляронных эффектов в ультрахолодных газах

Метод квантового Монте-Карло для моделирования поляронных эффектов в ультрахолодных газах

студентка

Московский государственный университет имени ,
физический факультет, Москва, Россия
E–mail: *****@***ru

научный сотрудник, к. ф.-м. н.

Российский Квантовый Центр, Сколково, Россия
E–mail: *****@***ru

Задача об описании единичной примеси, взаимодействующей с квантовым полем, является парадигмальной в физике конденсированного состояния и за ее пределами. При взаимодействии единичной примеси с квантовым бозонным полем возникает поляронный эффект [1], который состоит в том, что свойства примеси, например, масса, перенормируются, а величина перенормировки определяется параметрами взаимодействия и самой примеси. Несмотря на то, что задача известна давно, хорошо изученными являются только предельные случаи – слабого [1-2] и сильного взаимодействия [3], а так же режимы, в которых скорость частицы существенно меньше скорости звука в среде [4-6]. Это связано с тем, что приближенные теоретические методы плохо описывают режимы, в которых корреляции между примесью и бозонным полем являются сильными. Для описания таких режимов необходимо использовать класс численно точных методов [7-8].

В нашей работе мы применили метод квантового Монте-Карло в терминах интегралов по траекториям для описания поляронных эффектов, возникающих в газах ультрахолодных атомов при внедрении примесных частиц. Особенностью поляронов в газе ультрахолодных атомов является их неэкранированное взаимодействие с Боголюбовскими квазичастицами. Это сильно отличает задачу от случая экранированного взаимодействия, которое, например, возникает при взаимодействии электрона с оптическими фононами в полупроводниках. Целью нашей работы является исследование поведения корреляционных функций полярона, которые связаны с эффективной массой квазичастицы. Для случая слабого взаимодействия с помощью теории возмущений получены аналитические выражения для корреляционных функций, которые сравниваются с данными численного моделирования.

Авторы выражают благодарность проф. Рубцову Алексею Николаевичу за помощь в проведении исследования, а так же фонду «Династия» за финансовую поддержку.

Литература

1. . О движении электронов в кристаллической решетке // Phys. Zs. Sowjet.- 1933.- V. 3.- P. 504-505.

2. H. Frцhlich, Electrons in lattice fields // Adv. Phys. 1954. V. 3, p. 325.

3. . Исследования по электронной теории кристаллов / М.-Л.: ГИТТЛ, , 1951.- 256 c.

4. R. Р. Feynman, Slow Electrons in a Polar Crystal // Phys. Rev., 1955. V.97, p. 660.

5. Y. E. Shchadilova, F. Grusdt, A. Rubtsov, E. Demler. Polaronic mass renormalization of impurities in BEC: correlated Gaussian wavefunction approach // arXiv prepr. 2014. N 1410.5691

6. F. Grusdt, Y. E. Shchadilova, A. N. Rubtsov, E. Demler, Renormalization group approach to the Frohlich polaron model: application to impurity-BEC problem //  arXiv prepr. 2014. N 1410.2203.

7. A. S. Mishchenko, N. V Prokof’ev, A. Sakamoto, and B. V Svistunov, Diagrammatic quantum Monte Carlo study of the Frohlich polaron // Phys. Rev. B 62, 6317 (2000).

8. J. Vlietinck, W. Casteels, K. Van Houcke, J. Tempere, J. Ryckebusch, J. T. Devreese, K. Van Houcke, J. Tempere, J. Ryckebusch, and J. T. Devreese, Diagrammatic Monte Carlo study of the acoustic and the BEC polaron //arxiv prepr., 2014.  N 1406.6506.