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Two-orbital quantum many-body systems: from Kondo dynamics to mediated interactions

Descrizione del progetto

Esplorare gli aspetti fondamentali dell’effetto Kondo nei sistemi atomici a molti corpi

Le interazioni tra spin localizzati e fermioni mobili sono alla base delle proprietà di trasporto di numerosi materiali fortemente correlati. Persino una singola impurità di spin localizzato può influenzare drasticamente il movimento di un grande numero di fermioni nelle sue vicinanze, dando luogo a uno straordinario fenomeno nella fisica quantistica a molti corpi noto come effetto Kondo. Per una densità finita di spin localizzati, l’effetto Kondo si trova a concorrere ulteriormente con le interazioni di spin a lungo raggio mediate da fermioni. Il progetto OrbiDynaMIQs, finanziato dall’UE, esplorerà le proprietà dinamiche e spaziali elementari dell’effetto Kondo. Esso svilupperà un nuovo e rapido simulatore quantistico basato su atomi fermionici di itterbio ultrafreddi e concentrerà l’attenzione sulle dinamiche spin-orbita di singole e molteplici impurità in sistemi di fermioni itineranti in una e due dimensioni.

Obiettivo

The interaction between localized spins and mobile fermions underlies the transport properties of a large variety of highly correlated materials. Even a single localized spin impurity can dramatically influence the motion of many fermions in its surroundings, giving rise to one of the most remarkable phenomena in quantum many-body physics - the Kondo effect. For a finite density of localized spins, the Kondo effect competes with non-local fermion-mediated Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) interactions, providing the driving force for many intriguing phenomena such as the unconventional superconductivity and the quantum critical behavior of heavy-fermion compounds. Despite decades of investigations, fundamental issues remain concerning the dynamical and spatial properties of the Kondo effect, that are difficult to tackle in electron systems. Further, a detailed understanding of the transition between the single-impurity Kondo problem and a system of interacting impurities is still missing. In OrbiDynaMIQs, I will develop a novel experimental platform for addressing such open questions. Leveraging on recent progress in manipulating single atoms with optical tweezers, I will realize a versatile two-orbital quantum simulator based on ultracold fermionic ytterbium atoms. I will focus on the spin-orbital dynamics of single and multiple localized impurities embedded in one- and two-dimensional itinerant fermion systems. I will then investigate the emergence of RKKY interactions between localized spins, both in few-body and full lattice realizations, taking first steps in exploring a whole new range of spin-correlation phenomena in Kondo systems. The proposed approach capitalizes on the strong interlink between quantum many-body physics and precision measurements with two-electron atoms, and on my experience at the confluence of these fields. It will also facilitate studies of new two-orbital models with enlarged SU(N) symmetries beyond that of spin-1/2 electron systems.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2020-STG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRIESTE
Contributo netto dell'UE
€ 1 316 783,44
Indirizzo
PIAZZALE EUROPA 1
34127 Trieste
Italia
Regione
Nord-Est Friuli-Venezia Giulia Trieste
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 316 783,44

Beneficiari (2)