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我国率先实现超冷原子二维人工自旋轨道耦合

10月11日,在北京举行的超冷原子量子模拟成果新闻发布会上,论文第一通讯作者、中国科学技术大学潘建伟院士介绍有关情况。新华社记者 才扬摄

科技日报北京10月11日电 (记者李大庆)中国科学技术大学潘建伟研究小组和北京大学刘雄军研究小组11日在北京宣布,双方合作在超冷原子量子模拟领域取得重大突破:在国际上首次理论提出、并在实验中实现超冷原子二维自旋轨道耦合的人工合成,测定了由自旋轨道耦合导致的新奇拓扑量子物性。相关论文在最新一期《科学》杂志上发表。

自旋轨道耦合是量子物理学中基本的物理效应。它在多种基本物理现象和新奇量子物态中扮演了核心角色。这些现象导致产生了自旋电子学、拓扑绝缘体、拓扑超导体等当前凝聚态物理中最重要的前沿研究领域。然而,由于普遍存在难以控制的复杂因素,很多重要的新奇物理现象难以在固体材料中做精确研究。

“冷原子有环境干净、高度可控等重要特性。”潘建伟说,在超冷原子中实现人工自旋轨道耦合并研究新奇量子物态,已成该领域重大前沿课题之一。

刘雄军小组提出了拉曼光晶格量子系统。它可完好地实现二维人工自旋轨道耦合,并能得到如量子反常霍尔效应和拓扑超流等深刻的基本物理效应。

在刘雄军理论基础上,潘建伟、陈帅和邓友金等组成的实验小组,在超精密激光和磁场调控技术的基础上,成功地构造了拉曼光晶格量子系统,合成了二维的自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体。这个自旋轨道耦合具有高度可调控性,将会对冷原子和凝聚态物理产生重大影响。

专家指出,此前我国在铁基超导、外尔费米子等研究虽已走在世界前列,但它们都是由外国科学家提出理论。这次超冷原子量子模拟的重大突破则是由中国科学家提出理论并在实验中实现的。

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