Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Continuous Transition between Bosonic Fractional Chern Insulator and Superfluid

Published 28 May 2024 in cond-mat.str-el, cond-mat.quant-gas, and quant-ph | (2405.18269v4)

Abstract: The properties of fractional Chern insulator (FCI) phases and the phase transitions between FCI and Mott insulators (MI) in bosonic systems are well studied. The continuous transitions between FCI and superfluid (SF), however, despite the inspiring field theoretical predictions, have not been directly verified. The existing numerical results of the FCI-SF transition are either indirect or clearly first-order. Here, by simply tuning the bandwidth of the Haldane honeycomb lattice model, we find direct transitions from a bosonic FCI at $\nu=1/2$ filling of a flat Chern band to two SF states with bosons condensed at momenta M or $\Gamma$, respectively. While the FCI-SF(M) transition is first-order, the FCI-SF($\Gamma$) transition is found continuous, and the bipartite entanglement entropy at the critical point with the area-law scaling is consistent with the critical theories. Through finite size criticality analysis, the obtained critical exponents $\beta\approx$ 0.35(5) and $\nu\approx$ 0.62(12) are both compatible with those of the 3D XY universality class within numerical uncertainty and possibly more exotic beyond-Landau ones. This letter thence presents a direct numerical demonstration of a continuous FCI-SF transition between topologically ordered phase and spontaneous continuous symmetry-breaking phase, and further indicates the zero-field bosonic FCI might be realized from a SF state by gradually flattening the dispersion of the Chern band, through the (quasi)adiabatic preparation in ultracold atom systems.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (46)
  1. M. Barkeshli and J. McGreevy, Phys. Rev. B 86, 075136 (2012).
  2. M. Barkeshli and J. McGreevy, Phys. Rev. B 89, 235116 (2014).
  3. M. Barkeshli, N. Y. Yao, and C. R. Laumann, Phys. Rev. Lett. 115, 026802 (2015).
  4. X.-Y. Song, Y.-H. Zhang, and T. Senthil, Phys. Rev. B 109, 085143 (2024).
  5. H. L. Stormer, D. C. Tsui, and A. C. Gossard, Rev. Mod. Phys. 71, S298 (1999).
  6. R. B. Laughlin, Phys. Rev. Lett. 50, 1395 (1983).
  7. F. D. M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 51, 605 (1983).
  8. J. Jain, Advances in Physics 41, 105 (1992), https://doi.org/10.1080/00018739200101483 .
  9. S. M. Girvin, A. H. MacDonald, and P. M. Platzman, Phys. Rev. Lett. 54, 581 (1985).
  10. J. Jain, Composite Fermions (Cambridge University Press, 2007).
  11. F. D. M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 107, 116801 (2011).
  12. X. Lin, R. Du, and X. Xie, National Science Review 1, 564 (2014).
  13. E. Fradkin, Phys. Rev. Lett. 63, 322 (1989).
  14. S. C. Zhang, T. H. Hansson, and S. Kivelson, Phys. Rev. Lett. 62, 82 (1989).
  15. A. Lopez and E. Fradkin, Phys. Rev. B 44, 5246 (1991).
  16. X.-G. Wen, Advances in Physics 44, 405 (1995), https://doi.org/10.1080/00018739500101566 .
  17. K. Sun, K. Kumar, and E. Fradkin, Phys. Rev. B 92, 115148 (2015).
  18. E. Tang, J.-W. Mei, and X.-G. Wen, Phys. Rev. Lett. 106, 236802 (2011).
  19. N. Regnault and B. A. Bernevig, Phys. Rev. X 1, 021014 (2011).
  20. B. Halperin and J. Jain, Fractional Quantum Hall Effects (World Scientific Publishing Company, 2020).
  21. W. Zhu, S. S. Gong, and D. N. Sheng, Phys. Rev. B 94, 035129 (2016).
  22. T.-S. Zeng, L. Hu, and W. Zhu, Chin. Phys. Lett. 39, 017301 (2022).
  23. X.-G. Wen and Y.-S. Wu, Phys. Rev. Lett. 70, 1501 (1993).
  24. W. Chen, M. P. A. Fisher, and Y.-S. Wu, Phys. Rev. B 48, 13749 (1993).
  25. S. Kivelson, D.-H. Lee, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 46, 2223 (1992).
  26. J. Motruk and F. Pollmann, Phys. Rev. B 96, 165107 (2017).
  27. T.-S. Zeng, Phys. Rev. B 103, 085122 (2021).
  28. K. Slagle, Y.-Z. You, and C. Xu, Phys. Rev. B 91, 115121 (2015).
  29. V. Ayyar and S. Chandrasekharan, Phys. Rev. D 91, 065035 (2015).
  30. T. Senthil, Phys. Rev. B 78, 045109 (2008).
  31. S. Sachdev, Physics World 12, 33 (1999).
  32. M. Vojta, Reports on Progress in Physics 66, 2069 (2003).
  33. A. S. Sørensen, E. Demler, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 94, 086803 (2005).
  34. R. N. Palmer and D. Jaksch, Phys. Rev. Lett. 96, 180407 (2006).
  35. R. N. Palmer, A. Klein, and D. Jaksch, Phys. Rev. A 78, 013609 (2008).
  36. N. R. Cooper and J. Dalibard, Phys. Rev. Lett. 110, 185301 (2013).
  37. M. Popp, B. Paredes, and J. I. Cirac, Phys. Rev. A 70, 053612 (2004).
  38. R. Schützhold and G. Schaller, Phys. Rev. A 74, 060304 (2006).
  39. S. R. White, Phys. Rev. Lett. 69, 2863 (1992).
  40. U. Schollwöck, Rev. Mod. Phys. 77, 259 (2005).
  41. A. Weiße and H. Fehske, Springer Berlin Heidelberg , 529 (2008).
  42. F. D. M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 61, 2015 (1988).
  43. A. Weichselbaum, Annals of Physics 327, 2972 (2012).
  44. In the supplementary information, we provide the information of tori used in ED simulations and additional data of FCI-SF(K𝐾Kitalic_K) transition. .
  45. N. R. Cooper, J. Dalibard, and I. B. Spielman, Rev. Mod. Phys. 91, 015005 (2019).
  46. M. J. Ablowitz and J. T. Cole, Phys. Rev. A 109, 033503 (2024).

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 0 likes about this paper.

Sign Up for Free