Prvý pocit Laughlin State

Objav kvantových Hallových efektov počas 80. rokov 20. storočia odhalil nové formy hmoty nazývané „Laughlin štáty“, pomenované po americkom nositeľovi Nobelovej ceny, ktorý ich úspešne teoreticky opísal.

Tieto exotické stavy sa zvyčajne objavujú v dvojrozmerných materiáloch v extrémne chladných podmienkach a keď sú vystavené extrémne silným magnetickým poliam. V Laughlinovom stave tvoria elektróny nezvyčajnú tekutinu, kde každý elektrón tancuje okolo svojich kongenérov, pričom sa im čo najviac vyhýba.

Vybudenie takejto kvantovej tekutiny vedie ku kolektívnemu stavu, ktorý fyzici spájajú s hypotetickými časticami, ktorých vlastnosti sú celkom odlišné od vlastností elektrónov: tieto „akékoľvek“ nesú čiastočný náboj (zlomok elementárneho náboja). A prekvapivo spochybňujú štandard. klasifikácia častíc. Bozón alebo fermión.

Fyzici dlhé roky skúmali možnosť realizácie Laughlinových stavov v iných systémoch, ako sú tie, ktoré predstavujú pevné materiály, aby mohli ďalej analyzovať ich charakteristické vlastnosti. Potrebné materiály (2D povaha systému, silné magnetické pole, silná korelácia medzi časticami) sa však ukázali ako mimoriadne náročné.

píšem PrírodaMedzinárodný tím zhromaždený okolo experimentálnej skupiny Markusa Greinera na Harvarde informuje o prvej realizácii stavu Laughlin pomocou ultrachladných neutrálnych atómov poháňaných lasermi.

Experiment pozostáva z uväznenia niektorých atómov v optickom boxe a aplikovania ingrediencií potrebných na vytvorenie tohto exotického stavu: silné syntetické magnetické pole a silné odpudivé interakcie medzi atómami.

Autori vo svojom článku odhaľujú jedinečné vlastnosti Laughlinovho stavu zobrazením atómov jeden po druhom pomocou výkonného kvantového plynového mikroskopu. Vykazujú zvláštny „tanec“ častíc obiehajúcich okolo seba, ako aj frakčný charakter realizovaného atómového Laughlinovho stavu.

Tento míľnik otvára dvere do širokej novej oblasti skúmania stavov Laughlin a ich príbuzných (napríklad takzvané stavy Moore-Reed) v kvantových simulátoroch. Vyhliadka na vytvorenie, zobrazenie a manipuláciu s nimi pod kvantovým plynovým mikroskopom je obzvlášť atraktívna z hľadiska využitia ich jedinečných vlastností v laboratóriu.

Odkaz: „Realizácia frakčného stavu kvantovej haly s ultrachladnými atómami“ od Juliana Leonarda, Soshin Kim, Joyce Kwan, Perrina Seguru, Fabiana Groussadta, Cecila Repelina, Nathana Goldmana a Markusa Greinera, 21. júna 2023, prístup Príroda,
DOI: 10.1038/s41586-023-06122-4