限制量子粒子在一維、二維或三維中運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家觀察到了許多驚人的現(xiàn)象。一個(gè)最好的例子是：在強(qiáng)磁場(chǎng)中二維材料中測(cè)量的霍爾電導(dǎo)量子化?，F(xiàn)在，超冷原子氣體為輕松控制量子系統(tǒng)的維度提供了一個(gè)強(qiáng)大平臺(tái)。

然而，在這些裝置中測(cè)量電導(dǎo)性質(zhì)是具有挑戰(zhàn)性的，并且尚未觀察到“冷原子量子霍爾效應(yīng)”?，F(xiàn)在發(fā)表在《物理評(píng)論X》期刊上的這項(xiàng)新研究，提出了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)方案。

這項(xiàng)研究是由G.Salerno和N.Goldman進(jìn)行，他們來自布魯塞爾自由大學(xué)的“復(fù)雜系統(tǒng)物理和統(tǒng)計(jì)力學(xué)”研究單位。這是建立在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)在蘇黎世的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，那里的研究人員觀察了原子沿一維導(dǎo)線傳輸。為了測(cè)量量子霍爾效應(yīng)，必須以某種方式將這種設(shè)置擴(kuò)展到二維，并包括外部磁場(chǎng)的影響。研究人員通過引入一種新型的電導(dǎo)測(cè)量來解決這個(gè)問題，它允許從一根一維導(dǎo)線開始研究真正的2-D效果。

關(guān)鍵思想是用額外的合成尺寸擴(kuò)展1D通道，這是通過簡(jiǎn)單地?fù)u動(dòng)通道來設(shè)計(jì)：除了沿著導(dǎo)線方向運(yùn)動(dòng)，原子還被驅(qū)動(dòng)到更高的橫向振動(dòng)狀態(tài)，從而模擬沿橫向晶格的運(yùn)動(dòng)。這種不平衡的方法不僅增加了原子線提供的可能性，而且為量子工程物質(zhì)中的拓?fù)湮锢硖峁┝艘环N特別有效的探針。本研究提出了一種在一維原子氣體輸運(yùn)中直接測(cè)量霍爾電導(dǎo)量子化的方法，該方法建立在兩個(gè)主要成分上：(1)收縮光學(xué)勢(shì)，它產(chǎn)生連接到兩個(gè)儲(chǔ)存庫的介觀通道，以及(2)專門設(shè)計(jì)為產(chǎn)生沿附加合成維度運(yùn)動(dòng)的通道時(shí)間周期調(diào)制。

這個(gè)虛擬維度是由與緊限制通道相關(guān)的諧振子模式跨越，因此，相應(yīng)的“晶格位置”與系統(tǒng)的能量密切相關(guān)。研究分析了這種混合二維系統(tǒng)的量子輸運(yùn)性質(zhì)，突出了合成維度提供吸引人的特征。特別地，演示了合成維度的能量性質(zhì)與周期性驅(qū)動(dòng)通道的準(zhǔn)能量譜相結(jié)合，能直接和明確地觀察雙庫幾何中的量子化霍爾效應(yīng)。研究工作說明了如何在最小的一維中探索物質(zhì)的拓?fù)鋵傩?，并具有直接和?shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

博科園｜研究/來自：布魯塞爾自由大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論X》

DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041001

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)哦