title: Extended Bose-Hubbard models with ultracold magnetic atoms.
abstract: The Hubbard model underlies our understanding of strongly correlated materials. Whereas its standard form only comprises interactions between particles at the same lattice site, extending it to encompass long-range interactions is predicted to profoundly alter the quantum behavior of the system. We realize the extended Bose-Hubbard model for an ultracold gas of strongly magnetic erbium atoms in a three-dimensional optical lattice. Controlling the orientation of the atomic dipoles, we reveal the anisotropic character of the onsite interaction and hopping dynamics and their influence on the superfluid-to-Mott insulator quantum phase transition. Moreover, we observe nearest-neighbor interactions, a genuine consequence of the long-range nature of dipolar interactions. Our results lay the groundwork for future studies of exotic many-body quantum phases.
authors.affiliation: Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: S
authors.initials: S
authors.lastname: Baier
authors.affiliation: Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria. Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: M J
authors.initials: MJ
authors.lastname: Mark
authors.affiliation: Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: D
authors.initials: D
authors.lastname: Petter
authors.affiliation: Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria. francesca.ferlaino@uibk.ac.at.
authors.forename: K
authors.initials: K
authors.lastname: Aikawa
authors.affiliation: Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria. Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: L
authors.initials: L
authors.lastname: Chomaz
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: Z
authors.initials: Z
authors.lastname: Cai
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: M
authors.initials: M
authors.lastname: Baranov
authors.affiliation: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Austria. Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 21A, 6020 Innsbruck, Austria.
authors.forename: P
authors.initials: P
authors.lastname: Zoller
authors.affiliation: Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Austria. Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Austria. francesca.ferlaino@uibk.ac.at.
authors.forename: F
authors.initials: F
authors.lastname: Ferlaino