博科園：本文為量子物理學類
限制量子粒子在一維、二維或三維中運動，科學家觀察到了許多驚人的現象。一個最好的例子是：在強磁場中二維材料中測量的霍爾電導量子化。現在，超冷原子氣體為輕鬆控制量子系統的維度提供了一個強大平台。然而，在這些裝置中測量電導性質是具有挑戰性的，並且尚未觀察到「冷原子量子霍爾效應」。現在發表在《物理評論X》期刊上的這項新研究，提出了實現這一目標的現實方案。
這項研究是由G.Salerno和N.Goldman進行，他們來自布魯塞爾自由大學的「複雜系統物理和統計力學」研究單位。這是建立在瑞士聯邦理工學院(ETH)在蘇黎世的實驗基礎上，那裡的研究人員觀察了原子沿一維導線傳輸。為了測量量子霍爾效應，必須以某種方式將這種設置擴展到二維，並包括外部磁場的影響。研究人員通過引入一種新型的電導測量來解決這個問題，它允許從一根一維導線開始研究真正的2-D效果。
關鍵思想是用額外的合成尺寸擴展1D通道，這是通過簡單地搖動通道來設計：除了沿著導線方向運動，原子還被驅動到更高的橫向振動狀態，從而模擬沿橫向晶格的運動。這種不平衡的方法不僅增加了原子線提供的可能性，而且為量子工程物質中的拓撲物理提供了一種特別有效的探針。本研究提出了一種在一維原子氣體輸運中直接測量霍爾電導量子化的方法，該方法建立在兩個主要成分上：(1)收縮光學勢，它產生連接到兩個儲存庫的介觀通道，以及(2)專門設計為產生沿附加合成維度運動的通道時間周期調製。
這個虛擬維度是由與緊限制通道相關的諧振子模式跨越，因此，相應的「晶格位置」與系統的能量密切相關。研究分析了這種混合二維繫統的量子輸運性質，突出了合成維度提供吸引人的特徵。特別地，演示了合成維度的能量性質與周期性驅動通道的准能量譜相結合，能直接和明確地觀察雙庫幾何中的量子化霍爾效應。研究工作說明了如何在最小的一維中探索物質的拓撲屬性，並具有直接和實際的實驗結果。
博科園｜研究/來自：布魯塞爾自由大學
參考期刊《物理評論X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041001
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