Pompe di Thouless e teoria di Floquet

Giorno 25 maggio, con inizio alle ore 16:00, in videoconferenza sulla piattaforma MsTeams (codice kvy35f0), Lorenzo Privitera (Würzburg University) terrà un seminario dal titolo Pompe di Thouless e teoria di Floquet.

Il seminario è organizzato dal Catania Chapter di EPS YoungMinds nell'ambito del ciclo Science around us.

Tutti gli interessati sono invitati a partecipare.

Abstract. Nel 1983 D. J. Thouless dimostrò che la carica trasportata in un isolante a seguito della variazione adiabatica dei parametri può essere non nulla. In particolare, se la variazione è ciclica nel tempo, la carica corrisponderà ad un invariante topologico e, di conseguenza, sarà quantizzata a valori interi. La scoperta, oltre alle possibilità offerte dal fenomeno in sé [2,3], si rivelò essere un’intuizione formidabile, ponendo le basi per le pompe elettroniche in sistemi mesoscopici e per la moderna teoria della polarizzazione elettrica negli isolanti. Inoltre, risultò essere la chiave per comprendere molti fenomeni topologici all’equilibrio, a cominciare dall’effetto Hall quantistico, per il quale, fra le altre cose, Thouless è stato insignito del Premio Nobel nel 2016.
In questo seminario, dopo aver introdotto in maniera pedagogica il concetto di pompa di Thouless, mi soffermerò sugli aspetti dinamici del fenomeno e sulla sua robustezza. Per fare questo, considererò la pompa di Thouless come esempio di fase topologica in sistemi di Floquet, cioè con Hamiltoniana periodica nel tempo. La teoria generale di questi sistemi, permette di analizzare il comportamento di una pompa che opera per molti cicli. Analizzandone la robustezza, spiegherò come studiare le correzioni non-adiabatiche alla quantizzazione della carica [4]. In secondo luogo, analizzerò il caso di un sistema disordinato, in presenza di localizzazione di Anderson. La natura topologica del fenomeno implica l’esistenza di stati di Floquet estesi che garantiscono la stabilità del trasporto di carica su un numero arbitrario di cicli [5].

[1] D. J. Thouless, "Quantization of particle transport." Physical Review B 27.10 (1983):6083.
[2] M. Lohses, et al. "A Thouless quantum pump with ultracold bosonic atoms in an optical superlattice." Nature Physics 12.4 (2016): 350-354.
[3] S. Nakajima, et al. "Topological Thouless pumping of ultracold fermions." Nature Physics (2016).
[4] L. Privitera, A. Russomanno, R. Citro, and G. E. Santoro, Phys. Rev. Lett. 120, 106601 (2018).
[5] M. Wauters, A. Russomanno, R. Citro, G. E. Santoro and L. Privitera, Phys. Rev. Lett. 123, 266601 (2019).