Modulating Hamiltonian Approach to Quantum Many-Body Systems and Crystalline Topological Phases Protected by Generalized Magnetic Translations
Abstract: We discuss the topology of the parameter space of invertible phases with an onsite symmetry $G$, i.e., quantum many-body ground states that have neither fractionalization nor spontaneous breaking of the symmetry. The classification of invertible phases is known to be obtained by counting the connected components in the parameter space of the invertible phases. We consider its generalization -- the deformation classes of the mappings from $n$-dimensional spheres $Sn$ to this parameter space for arbitrary integer $n$. We argue a direct one-to-one correspondence in the framework of lattice models between the non-contractibility of $Sn$ and (i) the classification of invertible phases in $d$ dimensions when $d\geq n$; or (ii) zero-dimensional invertible Hamiltonians parametrized by $S{n-d}$ when $d<n$, using an isotropic modulating Hamiltonian approach. Explicitly, we construct the noncontractible spheres of two-dimensional invertible phases, i.e., $n=2$ and $d=2$. We also propose a large class of crystalline topological phases protected by a generalized magnetic translations.
- Z.-C. Gu and X.-G. Wen, Phys. Rev. B 80, 155131 (2009).
- X.-G. Wen, ISRN Condensed Matter Physics 2013, 198710 (2013).
- A. Y. Kitaev, Phys.-Usp. 44, 131 (2001).
- A. Kitaev, AIP Conference Proceedings 1134, 22 (2009), https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.3149495 .
- A. Kapustin, arXiv preprint arXiv:1403.1467 (2014).
- D. Gaiotto and T. Johnson-Freyd, JHEP 2019, 1 (2019).
- N. Seiberg and E. Witten, Progr. Theor. Phys. 2016 (2016).
- E. Witten, Rev. Mod. Phys. 88, 035001 (2016a).
- E. Witten, Comm. Math. Phys. 100, 197 (1985).
- J. C. Teo and C. L. Kane, Phys. Rev. B 82, 115120 (2010).
- A. Kapustin and L. Spodyneiko, Phys. Rev. B 101, 235130 (2020a).
- A. Kapustin and L. Spodyneiko, arXiv preprint arXiv:2003.09519 (2020b).
- K. Shiozaki, Phys. Rev. B 106, 125108 (2022).
- L. Fu, Phys. Rev. Lett. 106, 106802 (2011).
- T. Morimoto and A. Furusaki, Phys. Rev. B 88, 125129 (2013).
- A. M. Essin and M. Hermele, Phys. Rev. B 87, 104406 (2013).
- K. Shiozaki and M. Sato, Phys. Rev. B 90, 165114 (2014).
- Y. Qi and L. Fu, Phys. Rev. B 115, 236801 (2015).
- H. Isobe and L. Fu, Phys. Rev. B 92, 081304 (2015).
- M. Hermele and X. Chen, Phys. Rev. X 6, 041006 (2016).
- R. Thorngren and D. V. Else, Phys. Rev. X 8, 011040 (2018).
- D. V. Else and R. Thorngren, Phys. Rev. B 99, 115116 (2019).
- I. Affleck and E. H. Lieb, Lett. Math. Phys. 12, 57 (1986).
- M. Oshikawa, Phys. Rev. Lett. 84, 1535 (2000).
- M. B. Hastings, Phys. Rev. B 69, 104431 (2004).
- Y. Ogata and H. Tasaki, Comm. Math. Phys. 372, 951 (2019).
- D. V. Else and R. Thorngren, Phys. Rev. B 101, 224437 (2020).
- S. C. Furuya and M. Oshikawa, Phys. Rev. Lett. 118, 021601 (2017).
- Y. Yao and M. Oshikawa, Phys. Rev. Lett. 126, 217201 (2021).
- E. Witten, Phys. Rev. B 94, 195150 (2016b).
- F. D. M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 61, 2015 (1988).
- R. B. Laughlin, Phys. Rev. B 23, 5632 (1981).
- Y.-M. Lu and A. Vishwanath, Phys. Rev. B 86, 125119 (2012).
- C. Wang, Phys. Rev. B 91, 245124 (2015).
- T. Senthil and M. Levin, Phys. Rev. Lett. 110, 046801 (2013).
- N. Read and D. Green, Phys. Rev. B 61, 10267 (2000).
- W. Marshall, Proc. R. Soc. A (London) 232, 48 (1955).
- E. Lieb and D. Mattis, J. Math. Phys. 3, 749 (1962).
- E. H. Lieb, Phys. Rev. Lett. 62, 1201 (1989).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.