Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Simulering av chirale kanttilstander i et kvantesystem

Anonim

Forskere i Firenze og Innsbruck har simulert et fysisk fenomen i en atomkvantum som også kan observeres ved kanten av noen kondenserte materiaalsystemer: kirale strømmer. Forskerne har publisert eksperimentet, som åpner nye dører for studier av eksotiske stater i kondensert materiale, i tidsskriftet Science.

annonse


Kondensert materiefysikk forblir et fagområde med mange oppgaver å løse. Nye studier har blitt mulige på grunn av fremskritt i eksperimentell kvantefysikk. Spesielt er ultrakolte atomer i optiske gitter og et miljø som er fullt avstemt og styrbart, et ideelt system for å studere fysikken i kondenserte materielle problemer. Et av disse fenomenene kan observeres i forbindelse med kvantehaleffekten: Når visse materialer er utsatt for et sterkt magnetfelt, kan elektronene ikke bevege seg i en enkelt sirkulær retning ved kantene lenger, men gjentatte ganger sprette mot kanten, der de reflekteres .

Dette tilsvarer hoppende baner. Som en makroskopisk konsekvens kan såkalte chirale strømmer, som beveger seg i motsatt retning ved motsatte kanter, observeres ved grensene for slike todimensjonale materialer. "Du kan sammenligne den med en elv der fisken svømmer mot høyre på en bank og til venstre på den andre banken, " forklarer teoretisk fysiker Marcello Dalmonte fra Institutt for teoretisk fysikk ved Universitetet i Innsbruck og et medlem av Peter Zoller forskningsgruppe ved Institutt for kvantumoptikk og kvantuminformasjon fra det østerrikske vitenskapsakademiet.

Hopping-atomer

For ti år siden foreslo Peter Zoller forskerlag en måte å simulere chirale strømmer med nøytrale atomer. Denne ideen kombinert med den syntetiske dimensjons-tilnærmingen, fremført av Barcelona-gruppen ved ICFO, ble samlet opp og implementert av fysikere ved Det europeiske laboratoriet for ikke-lineær spektroskopi (LENS) i Firenze som samarbeidet med teoretiske fysikere i Innsbruck. I eksperimentet begrenset forskerne en ultracold gass av ytterbiumatomer i et optisk gitter dannet av laserstråler. Siden det er vanskelig å reprodusere strukturen til todimensjonale kondenserte materia-systemer, bruker fysikerne en ny tilnærming: De brukte en endimensjonal kjede av atomer og produserte den andre dimensjonen syntetisk. Dynamikken langs den syntetiske dimensjonen genereres av laserinducerte hopper mellom to eller tre interne spinntilstander.

"Fra et teoretisk perspektiv representerer dette hoppet i forskjellige interne spinntilstander det samme konseptet som den geometriske hoppingen av elektroner ved kantene av et kondensert materiesystem, forklarer Marcello Dalmonte. Sammen med Marie Rider og Peter Zoller la Marcello Dalmonte det teoretiske grunnlaget for eksperimentet og foreslo hvordan man observerer dette fenomenet. Observasjonene publisert i Science viser at partiklene beveger seg hovedsakelig til høyre ved en kant og til venstre på den andre kanten. "Denne oppførselen er svært lik kiralstrømmer som er kjent i kondensatfysikk, " sier Dalmonte. Denne simuleringen av eksotiske effekter åpner nye måter for forskerne å studere andre nye fysiske fenomen, for eksempel i forbindelse med kvantum Hall-effekter, studiet av noen i atomsystemer. Disse eksotiske kvasi-partiklene foreslås å være egnet som hovedbyggestein for topologiske kvante datamaskiner.

Forskerne støttes blant annet av det østrigske vitenskapsfondet (FWF), Det europeiske forskningsrådet (ERC) og EU.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Innsbruck . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. M. Mancini, G. Pagano, G. Cappellini, L. Livi, M. Rider, J. Catani, C. Sias, P. Zoller, M. Inguscio, M. Dalmonte, L. Fallani. Observasjon av chirale kanttilstander med nøytrale fermioner i syntetiske Hallbånd . Vitenskap, 2015; 349 (6255): 1510 DOI: 10.1126 / science.aaa8736