Esperimenti

Gas dipolari ultra-freddi in reticoli ottici

I gas dipolari sono caratterizzati da una interazione anisotropa e a lungo raggio. Nel nostro gruppo, lo studio della fisica dipolare e’ stata incentrata sulla formazione di nuove fasi quantistiche, sugli effetti del drag dipolare e sulla fisica dei polaroni. Una attenzione speciale e’ stata dedicata allo studio di atomi o molecole dipolari in reticoli ottici, che forniscono una realizzazione realistica dei modelli di Hubbard. Questo apre interessanti prospettive di usare gas ultra-freddi come simulatori quantistici di Hamiltoniane ben note dalla fisica dello stato solido o anche oltre.
Il carattere anisotropo dell’interazione dipolare e’ responsabile di una dipolar induced resonance (DIR) collegata alla formazione di uno stato legato di due dipoli, che ha un effetto importante sulla fisica del sia sistema sia a due che a molti corpi. Abbiamo identificato il piu’ semplice modello che tiene in considerazione la DIR in un modello di Bose-Hubbard esteso a due bande, una atomica e una molecolare. Abbiamo studito in dettagli gli effetti della DIRsul diagramma di fase e discusso sotto quali condizioni questo modello di Hubbard a due bande possa essere mappato su un modello di Hubbard effettivo a singola banda.
Stiamo anche studiando la dinamica di poche particelle dipolari in un reticolo. La dinamica e’ condizionata fortemente dalla presenza di stati legati. Per interazioni a lungo raggio, in presenza del reticolo, ci sono molti stati legati (sia attrattivi che repulsivi) la cui funzione d”onda si puo’ estendere su molti siti del reticolo. Durante la dinamica, nel caso di attrazioni attrattive, gli stati legati o equivalentemente la legge di conservazione dell’energia che ci sta dietro, modificano fortemente le correlazioni a breve distanza, impedendo fondamentalmente che due particelle possano avvicinarsi al di sotto di un raggio critico.
Particelle dipolari in reticoli ottici possono anche essere sfruttate per creare un potenziale disordinato caratterizzato da correlazioni sia a corto che a lungo raggio. Abbiamo mostrato che quando le correlazioni a corto raggio sono dominanti. stati delocalizzati possono apparire nello spettro. Inveec, introducendo correlazioni a lungo raggio, gli stati estesi, se ne esistono, spariscono e la localizzazione viene ristabilita su tutto lo spettro.

Il diagramma di fase quasi analitico calcolato per N particelle e N siti reticolari prevede le fasi SF, MDW e collasso in buon accordi con i risultati numerici della diagonalizzazione esatta.

Le impurezze dipolari intrappolate in posizioni random nel reticolo ottico inducono un disordine con correlazioni a corto e lungo raggio sulla particelle test, libera di muoversi nel reticolo.