We suggest that if a localized phase at nonzero temperature $T>0$ exists for strongly disordered and weakly interacting electrons, as recently argued, it will also occur when both disorder and interactions are strong and $T$ is very high. We show that in this high-$T$ regime, the localization transition may be studied numerically through exact diagonalization of small systems. We obtain spectra for one-dimensional lattice models of interacting spinless fermions in a random potential. As expected, the spectral statistics of finite-size samples cross over from those of orthogonal random matrices in the diffusive regime at weak random potential to Poisson statistics in the localized regime at strong randomness. However, these data show deviations from simple one-parameter finite-size scaling: the apparent mobility edge ``drifts'' as the system's size is increased. Based on spectral statistics alone, we have thus been unable to make a strong numerical case for the presence of a many-body localized phase at nonzero $T$.

We discuss fluctuating order in a quantum disordered phase proximate to a quantum critical point, with particular emphasis on fluctuating stripe order. Optimal strategies for extracting information concerning such local order from experiments are derived with emphasis on neutron scattering and scanning tunneling microscopy. These ideas are tested by application to two model systems - the exactly solvable one dimensional electron gas with an impurity, and a weakly-interacting 2D electron gas. We extensively review experiments on the cuprate high-temperature superconductors which can be analyzed using these strategies. We adduce evidence that stripe correlations are widespread in the cuprates. Finally, we compare and contrast the advantages of two limiting perspectives on the high-temperature superconductor: weak coupling, in which correlation effects are treated as a perturbation on an underlying metallic (although renormalized) Fermi liquid state, and strong coupling, in which the magnetism is associated with well defined localized spins, and stripes are viewed as a form of micro-phase separation. We present quantitative indicators that the latter view better accounts for the observed stripe phenomena in the cuprates.

We consider fully many-body-localized systems, i.e., isolated quantum systems where all the many-body eigenstates of the Hamiltonian are localized. We define a sense in which such systems are integrable, with localized conserved operators. These localized operators are interacting pseudospins, and the Hamiltonian is such that unitary time evolution produces dephasing but not ``flips'' of these pseudospins. As a result, an initial quantum state of a pseudospin can in principle be recovered via (pseudospin) echo procedures. We discuss how the exponentially decaying interactions between pseudospins lead to logarithmic-in-time spreading of entanglement starting from nonentangled initial states. These systems exhibit multiple different length scales that can be defined from exponential functions of distance; we suggest that some of these decay lengths diverge at the phase transition out of the fully many-body-localized phase while others remain finite.

We develop a microscopic theory of the electronic nematic phase proximate to an isotropic Fermi liquid in both two and three dimensions. Explicit expressions are obtained for the small amplitude collective excitations in the ordered state; remarkably, the nematic Goldstone mode (the director wave) is overdamped except along special directions dictated by symmetry. At the quantum critical point we find a dynamical exponent of $z=3,$ implying stability of the Gaussian fixed point. The leading perturbative effect of the overdamped Goldstone modes leads to a breakdown of Fermi-liquid theory in the nematic phase and to strongly angle-dependent electronic self energies around the Fermi surface. Other metallic liquid-crystal phases, e.g., a quantum hexatic, behave analogously.

Closed quantum systems with quenched randomness exhibit many-body localized regimes wherein they do not equilibrate, even though prepared with macroscopic amounts of energy above their ground states. We show that such localized systems can order, in that individual many-body eigenstates can break symmetries or display topological order in the infinite-volume limit. Indeed, isolated localized quantum systems can order even at energy densities where the corresponding thermally equilibrated system is disordered, i.e., localization protects order. In addition, localized systems can move between ordered and disordered localized phases via nonthermodynamic transitions in the properties of the many-body eigenstates. We give evidence that such transitions may proceed via localized critical points. We note that localization provides protection against decoherence that may allow experimental manipulation of macroscopic quantum states. We also identify a ``spectral transition'' involving a sharp change in the spectral statistics of the many-body Hamiltonian.

Recent theoretical and numerical evidence suggests that localization can survive in disordered many-body systems with very high energy density, provided that interactions are sufficiently weak. Stronger interactions can destroy localization, leading to a so-called many-body localization transition. This dynamical phase transition is relevant to questions of thermalization in extended quantum systems far from the zero-temperature limit. It separates a many-body localized phase, in which localization prevents transport and thermalization, from a conducting ("ergodic") phase in which the usual assumptions of quantum statistical mechanics hold. Here, we present numerical evidence that many-body localization also occurs in models without disorder but rather a quasiperiodic potential. In one dimension, these systems already have a single-particle localization transition, and we show that this transition becomes a many-body localization transition upon the introduction of interactions. We also comment on possible relevance of our results to experimental studies of many-body dynamics of cold atoms and non-linear light in quasiperiodic potentials.

Conventional phase transitions are usually characterized by a change in a fundamental thermodynamic observable, e.g., in density when liquid changes to vapor. A theoretical study of a one-dimensional disordered quantum spin chain reveals a new class of quantum phase transitions that leave no such signatures and pins down their origin.

In the realm of open quantum systems, steady states and high-harmonic generation (HHG) existing far from equilibrium have become core pillars of ultrafast science. Most solid-state research explores charge HHG with limited investigations into spin degrees of freedom. In this study, we theoretically address spin HHG in the steady state resulting from the terahertz laser-driven spin-phonon coupling in a dissipative dimerized spin-1/2 chain. Instead of directly driving spins using time-dependent magnetic fields, we employ the magnetophononic mechanism, where the laser first drives the lattice, and then the excited lattice subsequently drives the spins. We investigate the role of various model parameters for optimizing HHG. Increasing the laser amplitude amplifies spin HHG beyond the perturbative regime, enhancing both harmonic amplitudes and orders. We find that configuring the drive frequency far below the spin band yields the highest harmonic order. Additionally, we provide a theory matching the numerical results under weak spin-phonon coupling and propose an experimental procedure to probe the emission spectrum of spin HHG.

Quantum magnetic materials enable the clean realization of many-body states on macroscopic length scales. Dynamic control at terahertz (THz) frequencies is a new frontier for both fundamental physics and applications in quantum technologies. Here, the authors propose THz magnetophononics at low temperatures to control spin excitations in SmFeO${}_{3}$ (a functional rare-earth orthoferrite in spintronics) through lattice excitations (phonons). This approach uncovers a dynamical magnetophononic first-order phase transition that enhances magnetism in SmFeO${}_{3}$.