Published September 28, 2018 | Version v1
Publication Open

Robust quantum valley Hall effect for vortices in an interacting bosonic quantum fluid

  • 1. Universidad Blas Pascal
  • 2. Institut Pascal

Description

Topologically protected pseudospin transport, analogous to the quantum spin Hall effect, cannot be strictly implemented for photons and in general bosons because of the lack of symmetry-protected pseudospins. Here we show that the required protection can be provided by the real-space topological excitation of an interacting quantum fluid: a quantum vortex. We consider a Bose-Einstein condensate at the Γ point of the Brillouin zone of a quantum valley Hall system based on two staggered honeycomb lattices. We demonstrate the existence of a coupling between the vortex winding and the valley of the bulk Bloch band. This leads to chiral vortex propagation on each side of the zigzag interface between two regions of inverted staggering. The topological protection provided by the vortex winding prevents valley pseudospin mixing and resonant backscattering, allowing a truly topologically protected valley pseudospin transport.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

لا يمكن تنفيذ نقل pseudospin المحمي طوبولوجيًا، على غرار تأثير هول الدوراني الكمومي، بشكل صارم للفوتونات والبوزونات بشكل عام بسبب نقص pseudospins المحمية بالتماثل. نوضح هنا أنه يمكن توفير الحماية المطلوبة من خلال الإثارة الطوبوغرافية في الفضاء الحقيقي للسائل الكمومي المتفاعل: دوامة كمومية. نحن نعتبر مكثفات بوز- أينشتاين عند نقطة منطقة بريلوين في نظام هول الكمي القائم على شبكتين متداخلتين من قرص العسل. نثبت وجود اقتران بين اللف الدوامي ووادي شريط بلوخ السائب. وهذا يؤدي إلى انتشار دوامة دوامة على كل جانب من الواجهة المتعرجة بين منطقتين من الترنح المقلوب. تمنع الحماية الطوبوغرافية التي توفرها اللفائف الدوامية اختلاط اللفائف الزائفة للوادي والتشتت العكسي الرنان، مما يسمح بنقل اللفائف الزائفة للوادي المحمية طوبولوجيًا حقًا.

Translated Description (French)

Le transport de pseudospins topologiquement protégés, analogue à l'effet Hall de spin quantique, ne peut pas être strictement mis en œuvre pour les photons et en général les bosons en raison de l'absence de pseudospins protégés contre la symétrie. Nous montrons ici que la protection requise peut être fournie par l'excitation topologique dans l'espace réel d'un fluide quantique en interaction : un vortex quantique. Nous considérons un condensat de Bose-Einstein au point Γ de la zone Brillouin d'un système de Hall de la vallée quantique basé sur deux réseaux en nid d'abeilles décalés. Nous démontrons l'existence d'un couplage entre l'enroulement tourbillonnaire et la vallée de la bande de Bloch en vrac. Cela conduit à une propagation du vortex chiral de chaque côté de l'interface en zigzag entre deux régions de décalage inversé. La protection topologique fournie par l'enroulement vortex empêche le mélange de pseudospin de vallée et la rétrodiffusion résonante, permettant un transport de pseudospin de vallée vraiment topologiquement protégé.

Translated Description (Spanish)

El transporte de pseudospin topológicamente protegido, análogo al efecto Hall de espín cuántico, no puede implementarse estrictamente para fotones y en general bosones debido a la falta de pseudospin protegidos por simetría. Aquí mostramos que la protección requerida puede ser proporcionada por la excitación topológica en el espacio real de un fluido cuántico que interactúa: un vórtice cuántico. Consideramos un condensado de Bose-Einstein en el punto Γ de la zona de Brillouin de un sistema de Hall de valle cuántico basado en dos celosías de panal escalonadas. Demostramos la existencia de un acoplamiento entre el devanado del vórtice y el valle de la banda de Bloch a granel. Esto conduce a la propagación del vórtice quiral en cada lado de la interfaz en zigzag entre dos regiones de escalonamiento invertido. La protección topológica proporcionada por el devanado de vórtice evita la mezcla de pseudospines de valle y la retrodispersión resonante, lo que permite un transporte de pseudospines de valle verdaderamente protegido topológicamente.

Files

s41467-018-06520-7.pdf.pdf

Files (2.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b68b71db6f4476804f2c1f6ee57b3f89
2.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير هول القوي لوادي الكم على الدوامات في السائل الكمومي البوزوني المتفاعل
Translated title (French)
Effet Hall de la vallée quantique robuste pour les tourbillons dans un fluide quantique bosonique en interaction
Translated title (Spanish)
Robusto efecto Hall de valle cuántico para vórtices en un fluido cuántico bosónico que interactúa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3104566681
DOI
10.1038/s41467-018-06520-7

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1897230499
  • https://openalex.org/W1915295735
  • https://openalex.org/W1993382772
  • https://openalex.org/W1996659264
  • https://openalex.org/W1996794882
  • https://openalex.org/W1997972857
  • https://openalex.org/W1999747233
  • https://openalex.org/W2013752496
  • https://openalex.org/W2028372293
  • https://openalex.org/W2030007285
  • https://openalex.org/W2033692289
  • https://openalex.org/W2034932701
  • https://openalex.org/W2035366279
  • https://openalex.org/W2037807652
  • https://openalex.org/W2039774900
  • https://openalex.org/W2043218475
  • https://openalex.org/W2045302941
  • https://openalex.org/W2053033894
  • https://openalex.org/W2059115869
  • https://openalex.org/W2064358999
  • https://openalex.org/W2070869576
  • https://openalex.org/W2088019151
  • https://openalex.org/W2088198211
  • https://openalex.org/W2096639946
  • https://openalex.org/W2101893110
  • https://openalex.org/W2102074887
  • https://openalex.org/W2118368638
  • https://openalex.org/W2162211877
  • https://openalex.org/W2170208961
  • https://openalex.org/W2215061879
  • https://openalex.org/W2221222792
  • https://openalex.org/W2268730796
  • https://openalex.org/W2280994778
  • https://openalex.org/W2333455177
  • https://openalex.org/W2376144637
  • https://openalex.org/W2413812293
  • https://openalex.org/W2465897738
  • https://openalex.org/W2562128236
  • https://openalex.org/W2572935124
  • https://openalex.org/W2602254073
  • https://openalex.org/W2624943208
  • https://openalex.org/W2735781360
  • https://openalex.org/W2772321468
  • https://openalex.org/W2787598276
  • https://openalex.org/W2795835319
  • https://openalex.org/W2952582326
  • https://openalex.org/W3025245579
  • https://openalex.org/W3100013166
  • https://openalex.org/W3100453153
  • https://openalex.org/W3103172730
  • https://openalex.org/W3105370833
  • https://openalex.org/W41153617
  • https://openalex.org/W4249449245