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新方案为量子霍尔效应提供了理论指导

[日期:2019-04-22 16:42] 作者:peili [字体: ]
  我校郭光灿院士团队在量子模仿方面获得重要发展,该团队周正威教授研讨组与美国莱斯大学、加州大学圣迭戈分校、中科院物理所协作,提出了一种在冷原子体系中模仿磁单极场的新计划,然后为在冷原子体系中研讨曲面上的量子霍尔效应及寻觅新的奇特量子态供给了理论指导。相关研讨成果二十九日宣布在《物理谈论快报》上[Phys.Rev.Lett.120,130402(2018)]。


  如安在冷原子体系中模仿有用标准场,然后完成中性原子的量子霍尔效应,一向是超凉气体量子模仿中面对的一个重要课题。此前的办法中,研讨者们发现经过旋转一团捆绑的超冷量子气体,能够在中性原子中模仿等效磁场,有望在该体系中完成量子霍尔效应。但是,因为滚动所导致的离心力,会使得原子团被抛离捆绑势阱,然后很难观测到所希望的物理效应。
 
  为了战胜上述困难,周正威等人提出了一种全新的在冷原子中模仿量子霍尔效应的计划。他们剖析发现,在多重量冷原子气体中,经过动力学调控现有的磁场强度,能够在实空间中模仿一个等效的磁单极场;再使用当时试验条件,能够把冷原子团捆绑到一个关闭的球面上。这样的一个球心为有用磁单极的球面,是诺贝尔奖得主霍丹(F.D.M.Haldane)为了解分数量子霍尔效应而提出的。在该抱负化的模型中,用到了电子与磁单极场的彼此作用。这一模型一起也提醒了磁单极子与凝聚态物理之间的深入联络。但是,虽然当时简直一切的大统一理论均预言了磁单极的存在,在试验上却一向没有观测到磁单极存在的可信依据。故此前以为,霍丹的这一想象仅能作为一种求解问题的思路,而难以在试验上完成。周正威、周祥发等人奇妙地使用现有条件,结构出等效的磁单极场,然后战胜了上述困难,为在试验渠道上准确完成霍丹球面扫平了妨碍。
 
  该体系是一个抱负的研讨少体分数量子霍尔效应的试验渠道,有望和当时的许多理论核算进行准确地比对,为理论和试验的彼此印证供给了根底。此外,考虑到中性原子的彼此作用后,该体系不仅为二维体系中电子和涡漩的彼此对偶特性供给了简略直接的验证办法,一起也是一个抱负的结构和调控具有奇特拓扑特性量子态的渠道,为试验上探究由磁单极场所诱导的各种奇特性质供给了理论指导。
 
  中科院量子信息要点试验室的周祥发副研讨员为文章的榜首作者,这项作业得到国家基金委、中科院、科技部和量子信息与量子科技前沿协同立异中心的赞助。
 
  左图表明计划中使用磁单极场完成的球面捆绑势阱,R表明球面的半径。右图表明在考虑到中性原子彼此作用后,构成的球面上的涡漩散布图样;图中每个蓝点对应一个涡漩中心,其散布图样与球面上等数目电子的安稳构型(经典Thomson问题)是相同的,反响了该体系中涡漩和电子的对偶特征。
 
  
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