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量子气体中的令人费解的现象 具有导电边缘的绝缘体

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-10-18浏览次数:1056

预期在其边缘处具有导电性的绝缘体将用于有趣的技术应用中。但是,到目前为止还没有充分了解它们的特征。歌德大学的物理学家现在借助超冷量子气体模拟所谓的拓扑绝缘体。在最新一期的Physical Review Letters中,他们演示了如何通过实验检测边缘状态。

想象一下由绝缘体制成的圆盘,导电边缘始终沿同一方向流动。 “这使得量子粒子无法阻挡,因为在另一个方向上的流动状态根本不存在,”该研究的第一作者Bernhard Irsigler解释道。换句话说:在边缘状态下,电流无阻力地流动。例如,这可以用于提高移动设备的稳定性和能量效率。目前正在研究如何使用它来构建更高效的激光器。

近年来,拓扑绝缘体也产生了超冷量子气体,以更好地了解它们的行为。当正常气体冷却到绝对零度的百万分之一到十亿分之一的温度时,产生这些气体。这使得超冷量子气体成为宇宙中最冷的地方。如果在由激光制成的光学晶格中也产生超冷量子气体,则气体原子本身以与实心晶格相同的规则排列。然而,与固体不同,许多参数可以变化,允许研究人工量子态。

“我们喜欢称它为量子模拟器,因为它揭示了固体中发生的许多事情。在光学晶格中使用超冷量子气体,我们可以理解拓扑绝缘体的基本物理,“共同作者郑俊辉解释说。说。

然而,固体和量子气体之间的显着差异在于云状气体没有明确的边缘。那么超冷气体中的拓扑绝缘体如何确定其边缘状态呢?歌德大学理论物理研究所的Walter Hofstetter教授研究小组的研究人员在他们的研究中回答了这个问题。他们模拟了拓扑隔离器和普通隔离器之间的人工屏障。这表示拓扑绝缘体的边缘,沿着该拓扑绝缘体形成导电边缘状态。

“我们证明了边缘状态的特征是量子相关性可以在使用量子气体显微镜的实验中测量。这些测量正在哈佛大学,麻省理工学院和慕尼黑马克斯普朗克量子光学研究所进行,”Hofstetter说过。量子气体显微镜是一种可以在实验中检测单个原子的仪器。 “对于我们的工作,我们必须明确考虑量子气体粒子之间的相互作用。这使得调查更加现实,但更复杂。没有超级计算机,就无法进行复杂的计算。在DFG研究部门的背景下与欧洲领先的科学家密切合作