MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aNa,  Ilyoun.
■24510▼aTopological  Phases  of  Quantum  Matter:  From  Equilibrium  to  Non-Equilibrium  Dynamics
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Berkeley▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a125  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Griffin,  Sinead  M.;Neaton,  Jeffrey  B.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2024.
■520    ▼aOver  the  past  decade,  the  study  of  topological  phases  of  matter  in  condensed  matter  physics  has  unveiled  a  wealth  of  exotic  phenomena.  Research  has  extensively  explored  how  symmetry  interacts  with  topology,  leading  to  the  development  of  symmetry-protected  topological  (SPT)  phases  in  both  non-interacting  and  interacting  systems  at  equilibrium.  In  particular,  strong  correlations  can  give  rise  to  phenomena  such  as  fractionalization  and  anyonic  particle  statistics.Despite  these  advancements,  several  crucial  questions  remain.  Understanding  how  to  measure  and  detect  these  topological  phases  is  essential.  Additionally,  exploring  non-equilibrium  settings  where  topological  phases  exhibit  unique  properties  not  found  in  equilibrium,  and  developing  methods  to  control  and  stabilize  these  phases  to  maintain  quantum  coherence,  present  significant  challenges.  Finally,  investigating  the  interplay  between  magnetic  double  space  groups  and  band  topology  in  magnetic  materials  is  a  key  focus  of  ongoing  research.  This  thesis  addresses  these  challenges  through  three  studies,  ranging  from  idealized  models  to  real-world  materials.In  the  first  part,  we  develop  a  method  to  detect  topological  phases  in  two-dimensional  (2D)  ultracold  atomic  clouds  engineered  to  exhibit  a  fractional  Chern  insulator  (FCI)  phase  in  the  Hofstadter  model,  both  on  an  infinite  cylinder  and  a  finite  square  lattice  by  means  of  the  density-matrix  renormalization  group  (DMRG).  This  method  accurately  determines  the  fractional  quantized  Hall  conductivity  by  observing  the  displacement  of  the  atomic  cloud  under  the  action  of  a  constant  force,  providing  an  experimentally  realistic  and  measurable  signal  for  detecting  the  topological  nature  of  the  state.In  the  second  part  of  the  thesis,  we  move  beyond  equilibrium  systems  to  explore  topological  phases  in  periodically  driven  Floquet  systems  that  are  far  from  equilibrium.  Due  to  their  time-dependent  nature,  these  systems  can  exhibit  exotic  phases  not  found  in  conventional  equilibrium  physics.  We  identify  novel  topological  phases  arising  from  the  interplay  of  dynamical  space-time  symmetries,  which  combine  spatial  and  temporal  symmetries.  These  phases  introduce  a  new  class  of  topological  phases  within  Floquet  systems,  exhibiting  gap-dependent,  distinct  topological  classifications.  This  contrasts  with  existing  Floquet  topological  phases  protected  by  static  symmetries,  where  the  topological  classifications  across  all  quasi-energy  gaps  are  characterized  by  the  same  Abelian  group.  We  provide  a  formal  mathematical  framework  based  on  group  cohomology  for  the  systematic  analysis  of  higher-order  space-time  symmetries.A  significant  challenge  in  Floquet  systems  with  many-body  interactions  is  the  heating  issue,  where  nonintegrable  closed  Floquet  systems  eventually  relax  to  a  featureless,  trivial  infinite-temperature  state  as  a  result  of  Floquet  eigenstate  thermalization  hypothesis  (Floquet-ETH).  Recent  studies  have  explored  overcoming  this  problem  using  disorder  and  dissipation  to  sustain  nontrivial  steady  states.  Our  study  focuses  on  prethermalization,  where  quasi-steady  states  form  as  finite-temperature  thermal  states  of  the  static  effective  Hamiltonian,  known  as  the  prethermal  Hamiltonian,  in  the  intermediate  long-time  regime  before  heating  to  featureless  thermal  states.  We  consider  systems  with  dual  energy  scales  of  resonant  and  high-frequency  drives,  where  the  Hamiltonian  consists  of  terms  whose  amplitudes  are  either  comparable  to  or  much  smaller  than  the  driving  frequency.  By  starting  with  the  dynamical  space-time  symmetry  group  of  the  original  time-dependent  Hamiltonian,  we  map  out  how  to  derive  the  enlarged  static  symmetry  group  of  the  prethermal  Hamiltonian.  This  enlarged  group  can  control  phases  and  symmetries  of  quasi-steady  states  during  the  prethermal  regime.  Finally,  we  discuss  methods  for  detecting  dynamical  symmetries  and  explore  their  intrinsic  dynamical  nature  through  the  time  evolution  of  states.In  the  final  chapter,  we  investigate  the  intertwined  orders  of  magnetism  and  topology  in  real  material.  Specifically,  we  explore  how  selective  tuning  of  symmetry  and  magnetism  can  influence  and  control  the  resulting  topology  in  a  2D  magnetic  system,  using  the  hypothetical  ferromagnetic  (FM)  monolayer  MnPSe3  as  an  example.  We  systematically  perturb  selected  symmetries  to  examine  different  topological  phases,  including  the  symmetry-protected  semi-metallic  (SM)  phase  and  the  quantum  anomalous  Hall  insulator  (QAHI)  phase.  This  is  achieved  through  magnetization  tilts  and  appropriate  chemical  substitutions,  revealing  how  different  magnetic  space  groups  affect  the  topological  properties  of  the  material.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aQuantum  physics
■653    ▼aFloquet  systems
■653    ▼aNonequilibrium  dynamics
■653    ▼aQuantum  simulation
■653    ▼aTopological  phases
■690    ▼a0611
■690    ▼a0599
■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163803▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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