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Generalized lattice Wilson–Dirac fermions in (1 + 1) dimensions for atomic quantum simulation and topological phases

机译：（1 + 1）维的广义晶格Wilson-Dirac费米子用于原子量子模拟和拓扑相

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摘要

The Dirac fermion is an important fundamental particle appearing in high-energy physics and topological insulator physics. In particular, a Dirac fermion in a one-dimensional lattice system exhibits the essential properties of topological physics. However, the system has not been quantum simulated in experiments yet. Herein, we propose a one-dimensional generalized lattice Wilson-Dirac fermion model and study its topological phase structure. We show the experimental setups of an atomic quantum simulator for the model, in which two parallel optical lattices with the same tilt for trapping cold fermion atoms and a laser-assisted hopping scheme are used. Interestingly, we find that the model exhibits nontrivial topological phases characterized by gapless edge modes and a finite winding number in the broad regime of the parameter space. Some of the phase diagrams closely resemble those of the Haldane model. We also discuss topological charge pumping and a lattice Gross-Neveu model in the system of generalized Wilson-Dirac fermions.
机译：狄拉克费米子是高能物理学和拓扑绝缘子物理学中出现的重要基础粒子。特别是，一维晶格系统中的狄拉克费米子具有拓扑物理学的基本特性。但是，该系统尚未在实验中进行量子仿真。在此，我们提出一维广义晶格威尔逊-狄拉克费米子模型，并研究其拓扑相结构。我们显示了该模型的原子量子模拟器的实验设置，其中使用了两个具有相同倾斜度的平行光学晶格来捕获冷费米子原子和激光辅助跳变方案。有趣的是，我们发现该模型在参数空间的宽泛范围内表现出非平凡的拓扑相位，其特征在于无间隙边缘模式和有限的绕线数。一些相图与Haldane模型的相图非常相似。我们还讨论了广义威尔逊-狄拉克费米子系统中的拓扑电荷泵和格罗斯格涅夫模型。

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