Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash
134 tokens/sec
GPT-4o
10 tokens/sec
Gemini 2.5 Pro Pro
47 tokens/sec
o3 Pro
4 tokens/sec
GPT-4.1 Pro
38 tokens/sec
DeepSeek R1 via Azure Pro
28 tokens/sec
2000 character limit reached

Prerelaxation in quantum, classical, and quantum-classical two-impurity models (2404.18566v2)

Published 29 Apr 2024 in cond-mat.mes-hall, cond-mat.mtrl-sci, and cond-mat.stat-mech

Abstract: We numerically study the relaxation dynamics of impurity-host systems, focusing on the presence of long-lived metastable states in the non-equilibrium dynamics after an initial excitation of the impurities. In generic systems, an excited impurity coupled to a large bath at zero temperature is expected to relax and approach its ground state over time. However, certain exceptional cases exhibit metastability, where the system remains in an excited state on timescales largely exceeding the typical relaxation time. We study this phenomenon for three prototypical impurity models: a tight-binding quantum model of independent spinless fermions on a lattice with two stub impurities, a classical-spin Heisenberg model with two weakly coupled classical impurity spins, and a tight-binding quantum model of independent electrons with two classical impurity spins. Through numerical integration of the fundamental equations of motion, we find that all three models exhibit similar qualitative behavior: complete relaxation for nearest-neighbor impurities and incomplete or strongly delayed relaxation for next-nearest-neighbor impurities. The underlying mechanisms leading to this behavior differ between models and include impurity-induced bound states, emergent approximately conserved local observables, and exact cancellation of local and nonlocal dissipation effects.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (38)
  1. H. P. Breuer and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, New York, 2002).
  2. I. de Vega and D. Alonso, Rev. Mod. Phys. 89, 015001 (2017).
  3. E. T. Jaynes, Phys. Rev. 106, 620 (1957a).
  4. E. T. Jaynes, Phys. Rev. 108, 171 (1957b).
  5. J. M. Deutsch, Phys. Rev. A 43, 2046 (1991).
  6. M. Srednicki, Phys. Rev. E 50, 888 (1994).
  7. L. F. Santos and M. Rigol, Phys. Rev. E 81, 036206 (2010).
  8. S. Ziraldo and G. E. Santoro, Phys. Rev. B 87, 064201 (2013).
  9. E. T. Jaynes, Phys. Rev. 108, 171 (1957c).
  10. P. W. Anderson, Phys. Rev. 109, 1492 (1958).
  11. V. I. Arnold, Mathematical Methods of Classical Mechanics (Springer, New York, 1978).
  12. N. Kolmogorov, Dokl. Akad. Nauk SSSR 98, 527 (1954).
  13. V. I. Arnold, Russian Mathematical Surveys 18, 9 (1963).
  14. J. Moser, Nachr. Akad. Wiss. Göttingen Math.-Phys. Kl. II 1962, 1 (1962).
  15. J. Jäckle, Rep. Prog. Phys. 49, 171 (1986).
  16. P. G. Debenedetti and F. H. Stillinger, Nature (London) 410, 259 (2001).
  17. M. Moeckel and S. Kehrein, Phys. Rev. Lett. 100, 175702 (2008).
  18. L. van Hove, Physica 21, 517 (1954).
  19. V. Romero-Rochin and I. Oppenheim, physa 155, 52 (1989).
  20. M. Elbracht and M. Potthoff, Phys. Rev. B 103, 024301 (2021).
  21. F. Hofmann and M. Potthoff, Phys. Rev. B 85, 205127 (2012).
  22. E. H. Lieb, Phys. Rev. Lett. 62, 1201 (1989).
  23. H. Tasaki, Phys. Rev. Lett. 69, 1608 (1992).
  24. H. Tasaki, Prog. Theor. Phys. 99, 489 (1998).
  25. B. Sutherland, Phys. Rev. B 34, 5208 (1986).
  26. T. Misumi and H. Aoki, Phys. Rev. B 96, 155137 (2017).
  27. K.-H. Yang and J. O. Hirschfelder, Phys. Rev. A 22, 1814 (1980).
  28. M. Lakshmanan and M. Daniel, J. Chem. Phys. 78, 7505 (1983).
  29. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Physik. Zeits. Sowjetunion 8, 153 (1935).
  30. W. Marshall, Proc. R. Soc. London A 232, 48 (1955).
  31. H.-T. Elze, Phys. Rev. A 85, 052109 (2012).
  32. M. Sayad and M. Potthoff, New J. Phys. 17, 113058 (2015).
  33. M. Elbracht and M. Potthoff, Phys. Rev. B 102, 115434 (2020).
  34. M. A. Ruderman and C. Kittel, Phys. Rev. 96, 99 (1954).
  35. T. Kasuya, Prog. Theor. Phys. 16, 45 (1956).
  36. K. Yosida, Phys. Rev. 106, 893 (1957).
  37. M. Onoda and N. Nagaosa, Phys. Rev. Lett. 96, 066603 (2006).
  38. F. Reyes-Osorio and B. K. Nikolić, Phys. Rev. B 109, 024413 (2024).
Citations (1)

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.