Физика конденсированного вещества остается областью исследования со многими загадками, чтобы решить. Новые исследования стали возможными из-за достижений в экспериментальной квантовой физике. В частности, ультрахолодные атомы в оптических решетках и окружающей среде, которая является полностью настраиваемой и управляемая, представляют идеальную систему для изучения физики проблем конденсированного вещества. Одно из этих явлений может наблюдаться в связи с квантовым эффектом Холла: Когда определенные материалы подвергнуты сильному магнитному полю, электроны не могут перемещаться в исключительном круглом направлении в края больше, но неоднократно подпрыгивать против края, где они отражены.
Это соответствует тому, чтобы пропускать траектории. Как макроскопическое последствие так называемый chiral ток, который перемещается в противоположное направление на противоположных краях, может наблюдаться на границах таких двумерных материалов. «Вы могли сравнить его с рекой, куда рыбы плавают вправо на одном берегу и влево на другом берегу», объясняет теоретический физик Марчелло Дальмонте от Института Теоретической Физики в Университете Инсбрука и члене исследовательской группы Питера Золлера в Институте Квантовой информации об Оптике и Кванте австрийской Академии наук.Прыгание через атомыУже десять лет назад, исследовательская группа Питера Золлера предложила способ моделировать chiral ток с нейтральными атомами.
Эта идея, объединенная с синтетическим подходом измерения, выдвинутым барселонской группой в ICFO, была взята и реализована физиками в европейской Лаборатории для Нелинейной Спектроскопии (ЛИНЗА) во Флоренции, сотрудничающей с теоретическими физиками в Инсбруке. В их эксперименте ученые ограничили ультрахолодный газ атомов иттербия в оптической решетке, произведенной лазерными лучами.
Поскольку трудно воспроизвести структуру двумерных систем конденсированного вещества, физики используют новый подход: Они использовали одномерную цепь атомов и произвели второе измерение искусственно. Движущие силы вдоль синтетического измерения произведены вызванным лазером прыганием между двумя или тремя внутренними спиновыми состояниями.«С теоретической точки зрения это прыгающее в различные внутренние спиновые состояния представляет то же самое понятие как геометрическое прыгание электронов на краях системы конденсированного вещества», объясняет Марчелло Дальмонте.
Вместе с Мари Ридер и Питером Золлером, Марчелло Дальмонте заложил теоретическую основу для эксперимента и предложил, как наблюдать это явление. Наблюдения, изданные в Науке, показывают, что частицы перемещаются главным образом направо в один край и налево на другом краю. «Это поведение очень похоже на chiral ток, известный в физике конденсированного вещества», говорит Дэлмонте. Это моделирование экзотических эффектов открывает новые способы для исследователей изучить другие новые физические явления, например, в связи с квантовыми эффектами Холла, исследованием анионов в атомных системах.
Эти экзотические квази частицы предложены тому, чтобы быть подходящим как главный стандартный блок для топологических квантовых компьютеров.Исследователи поддержаны, среди других, австрийским Научным Фондом (FWF), European Research Council (ERC) и Европейским союзом.