Machine learning the spectral function of a hole in a quantum antiferromagnet

物理 哈密顿量(控制论) 旋转 背景(考古学) 量子力学 凝聚态物理 数学 数学优化 古生物学 生物
作者
Lee Ann Jackson,Matthew R. Carbone,Wei‐Guo Yin
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (20) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.205132
摘要

Understanding charge motion in a background of interacting quantum spins is a fundamental problem in quantum many-body physics. The most extensively studied model for this problem is the so-called $t\text{\ensuremath{-}}{t}^{\ensuremath{'}}\text{\ensuremath{-}}{t}^{\ensuremath{'}\ensuremath{'}}\text{\ensuremath{-}}J$ model, where the determination of the parameter ${t}^{\ensuremath{'}}$ in the context of cuprate superconductors is challenging. Here we present a theoretical study of the spectral functions of a mobile hole in the $t\text{\ensuremath{-}}{t}^{\ensuremath{'}}\text{\ensuremath{-}}{t}^{\ensuremath{'}\ensuremath{'}}\text{\ensuremath{-}}J$ model using two machine-learning techniques: $K$-nearest neighbor regression (KNN) and a feed-forward neural network (FFNN). We employ the self-consistent Born approximation to generate a dataset of about $1.3\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{5}$ spectral functions. We show that, for the forward problem, both methods allow for the accurate and efficient prediction of spectral functions, allowing, e.g., rapid searches through parameter space. Furthermore, we find that for the inverse problem (inferring Hamiltonian parameters from spectra), the FFNN can, but the KNN cannot, accurately predict the model parameters using merely the density of states. Our results suggest that it may be possible to use deep-learning methods to predict materials parameters from experimentally measured spectral functions.

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