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Geometric fragmentation and anomalous thermalization in cubic dimer model

Steinegger, Joel und Banerjee, Debasish und Huffman, Emilie und Rammelmüller, Lukas (2025) Geometric fragmentation and anomalous thermalization in cubic dimer model. Physical Review D, 112 (11). American Physical Society. doi: 10.1103/4kzq-t1zs. ISSN 2470-0010.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1103/4kzq-t1zs

Kurzfassung

While quantum statistical mechanics triumphs in explaining many equilibrium phenomena, there is an increasing focus on going beyond conventional scenarios of thermalization. Traditionally examples of non-thermalizing systems are either integrable, or disordered. Recently, examples of translationally-invariant physical systems have been discovered whose excited energies avoid thermalization either due to local constraints (whether exact or emergent), or due to higher-form symmetries. In this article, we extend these investigations for the case of 3D U (1) quantum dimer models, which are lattice gauge theories with finite-dimensional local Hilbert spaces (also generically called quantum link models) with staggered charged static matter. Using a combination of analytical and numerical methods, we uncover a class of athermal states that arise in large winding sectors, when the system is subjected to external electric fields. The polarization of the dynamical fluxes in the direction of applied field traps excitations in 2D planes, while an interplay with the Gauss Law constraint in the perpendicular direction causes exotic athermal behaviour due to the emergence of new conserved quantities. This causes a geometric fragmentation of the system. We provide analytical arguments showing that the scaling of the number of fragments is exponential in the linear system size, leading to weak fragmentation. Further, we identify sectors which host fractonic excitations with severe mobility restrictions. The unitary evolution of fragments dominated by fractons is qualitatively different from the one dominated by non-fractonic excitations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222011/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Geometric fragmentation and anomalous thermalization in cubic dimer model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Steinegger, Joeljoel.steinegger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-4845-1742205114232
Banerjee, DebasishNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-0244-4337NICHT SPEZIFIZIERT
Huffman, EmilieNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-4417-338XNICHT SPEZIFIZIERT
Rammelmüller, LukasNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-4945-7955NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Dezember 2025
Erschienen in:Physical Review D
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:112
DOI:10.1103/4kzq-t1zs
Verlag:American Physical Society
ISSN:2470-0010
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Eigenstate thermalization Fractons Gauge theories Quantum statistical mechanics Lattice models in statistical physics
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Funktionale Granulate und Komposite
Hinterlegt von: Steinegger, Joel
Hinterlegt am:09 Feb 2026 08:38
Letzte Änderung:09 Feb 2026 09:00

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