Impacto de los Baños Térmicos en la Topología del Modelo SSH

El modelo Su-Schrieffer-Heeger (SSH) es un ejemplo clave que se usa para estudiar los aislantes topológicos, que son materiales que tienen propiedades especiales debido a su estructura electrónica única. Estos materiales pueden conducir electricidad a lo largo de sus bordes mientras son aislantes en su volumen. Este comportamiento surge de las interacciones entre electrones en el sistema.

Este artículo discute los efectos de los entornos térmicos, también conocidos como baños, en el Modelo SSH. Específicamente, vemos cómo acoplar el modelo SSH a estos baños puede influir en sus Propiedades topológicas.

#¿Qué es el modelo SSH?

El modelo SSH describe una cadena de átomos donde los electrones pueden saltar de un átomo a otro. Tiene dos tipos de salto: dentro de una celda unitaria y entre celdas unitarias. El modelo SSH puede existir en diferentes fases, notablemente la fase de aislante trivial y la fase de aislante topológico. Estas fases se distinguen por las propiedades electrónicas del sistema, que pueden alterarse cambiando los parámetros de salto.

#La influencia de los baños térmicos

Cuando acoplamos el modelo SSH a entornos térmicos, la dinámica del sistema cambia. Los baños térmicos pueden ayudar o dificultar las propiedades topológicas del sistema. La interacción con estos baños puede alterar los parámetros de salto efectivos e introducir interacciones de muchos cuerpos entre los electrones.

Hay dos formas principales de acoplar el modelo SSH a los baños térmicos: el esquema de acoplamiento intracelular y el esquema de acoplamiento intercelular. En el esquema intracelular, el salto dentro de una celda unitaria se ve afectado por los baños, mientras que en el esquema intercelular, el salto entre celdas unitarias está influenciado.

#Esquema de acoplamiento intracelular

En el esquema intracelular, cuando el modelo SSH se acopla a los baños térmicos, el salto entre los sitios dentro de la misma celda unitaria se modifica. La fuerte interacción con los baños puede llevar a una supresión del parámetro de salto. Esto significa que los electrones encuentran más difícil saltar entre los dos sitios en una celda unitaria, lo que puede empujar al sistema hacia una fase de aislante trivial.

Además, los baños introducen una interacción de muchos cuerpos entre los electrones. Esta interacción puede aumentar el costo energético si ambos sitios en una celda unitaria están ocupados por electrones. Como resultado, la capacidad del sistema para mantener sus propiedades topológicas se ve muy disminuida bajo fuertes interacciones con los baños.

#Esquema de acoplamiento intercelular

En contraste, el esquema de acoplamiento intercelular tiene un impacto diferente. Aquí, el salto entre celdas unitarias se ve afectado. La interacción con los baños suprime el salto dentro de las celdas unitarias, mientras que el salto entre celdas unitarias se conserva. Esta configuración es ventajosa para mantener la fase topológica del sistema.

La interacción de muchos cuerpos en este escenario ocurre en los límites de las celdas unitarias en lugar de dentro de ellas. Esta característica permite que el sistema mantenga sus propiedades topológicas incluso al interactuar con los baños térmicos.

#Analizando las fases

Para estudiar los efectos de los baños en las propiedades topológicas, usamos un enfoque llamado fase geométrica de conjunto (EGP, por sus siglas en inglés). Este método nos permite determinar la naturaleza topológica del sistema incluso cuando está en un estado mixto, lo cual puede suceder a temperaturas no cero.

La EGP sirve como una medida para distinguir entre la fase de aislante trivial y la fase de aislante topológico. Al analizar los diagramas de fase derivados de la EGP, podemos ver cómo el acoplamiento a los baños modifica los límites entre estas fases.

#Resultados y observaciones

#Diagramas de fase

Presentamos diagramas de fase que muestran cómo las regiones topológicas cambian bajo diferentes esquemas de acoplamiento. Para el escenario de acoplamiento intracelular, a medida que aumentamos la fuerza de acoplamiento a los baños, observamos una disminución de la región de fase topológica. En otras palabras, el sistema se mueve hacia la fase trivial.

Por otro lado, para el esquema de acoplamiento intercelular, aumentar la fuerza de acoplamiento expande la región topológica. Esto sugiere que los baños mejoran la robustez de la fase topológica en este escenario.

#Fase de onda de densidad de carga

Además de estudiar las fases topológicas, investigamos el comportamiento del sistema cuando se introduce un potencial escalonado en el sitio. Este potencial puede romper la simetría del modelo SSH. Encontramos que bajo un fuerte acoplamiento a los baños, este potencial escalonado puede ser suprimido, y el sistema puede exhibir una fase de onda de densidad de carga (CDW, por sus siglas en inglés).

Con un acoplamiento débil a los baños, aparece la fase CDW. Esto indica que las interacciones con los baños pueden llevar a fenómenos fascinantes además de afectar las propiedades topológicas.

#Conclusión

En resumen, acoplar el modelo SSH a baños térmicos tiene un impacto profundo en sus propiedades topológicas. Los diagramas de fase revelan que la forma en que el modelo SSH interactúa con su entorno determina si mantiene su fase topológica o sucumbe a una fase trivial.

Los dos esquemas de acoplamiento-intracelular e intercelular-demuestran cómo los efectos de los entornos térmicos pueden suprimir o mejorar el comportamiento topológico del sistema.

Este estudio abre la puerta a una mayor exploración de sistemas disipativos y sus fases topológicas, así como aplicaciones en información cuántica y ciencia de materiales. Comprender cómo se desarrollan estas dinámicas en varios modelos puede llevar a un mejor control y manipulación de sistemas con propiedades exóticas.