Enrolamento de spin e natureza topológica das transições no modelo de Jaynes-Cummings com acoplamento não linear de Stark

Além de explorar novos padrões de transição, adquirir uma compreensão completa da natureza da transição é uma busca fundamental nos estudos de transições de fase. Os modelos fundamentais de interações luz-matéria manifestam transições de fase topológicas de qubit único (TPTs), que exigem uma demonstração analítica aparte de estudos numéricos. Apresentamos um estudo rigoroso de TPTs no modelo de Jaynes-Cummings, geralmente com acoplamento não linear de Stark. Em termos das propriedades dos polinômios de Hermite, mostramos que a estrutura topológica da função própria tem uma correspondência exata ao enrolamento de spin por nós, que resulta em um enrolamento de spin total sem nós de anti-enrolamento. Descobrimos que é a superposição entre os estados de Fock vizinhos que leva a tal enrolamento de spin não trivial. A contribuição fracionária espúria para o número de enrolamento do ângulo de enrolamento no infinito é encontrada como sendo na verdade um inteiro. Assim, as transições de fase no modelo têm a natureza de TPTs e o número de excitação é dotado como um número quântico topológico. A transição principal estabelece um caso paradigmático em que uma transição é tanto da classe de transição de quebra de simetria de Landau quanto da classe de transição topológica protegida por simetria, enquanto convencionalmente essas duas classes de transições são incompatíveis devido aos requisitos de simetria contrária. Tal reconciliação de classes de transição é realizada por uma simetria superior preservada (aqui a paridade) que protege as TPTs, enquanto a quebra de simetria envolve as subsimetries. Também explicamos a origem das TPTs não convencionais na presença de termos de contrarotação. Nossos resultados podem fornecer uma compreensão mais profunda sobre as transições de fase de poucos corpos em interações luz-matéria.