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中國科大潘建偉院士等在超冷原子體系實現理想外爾半金屬態

新安晚報 安徽網 大皖新聞訊  記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉院士、陳帥教授等與北京大學劉雄軍教授等合作,在超冷原子模擬拓撲量子材料方面取得重要進展。他們在國際上首次利用超冷原子體系實現了三維自旋軌道耦合,并構造出有且僅有一對外爾點的理想外爾半金屬能帶結構。該研究成果4月16日以研究長文的形式發表于《科學》。

外爾半金屬是一類重要的拓撲物態,其能帶中的外爾點結構具有許多奇異的性質:它是一種拓撲磁單極子,且總是成對出現,在其附近的低能激發的運動模式符合“外爾費米子”的方程,最早于1929年由德國科學家赫爾曼·外爾提出。有且僅有兩個外爾點的外爾半金屬——理想外爾半金屬,是外爾半金屬“家族”中最基礎的一員。在凝聚態材料中,盡管近幾年外爾半金屬材料取得諸多重要進展,這種僅有兩個外爾點的外爾半金屬尚未實現。

超冷原子體系具有環境干凈,高度可控等重要特性,通過超冷原子研究拓撲量子物態目前是量子模擬領域中的熱點,其中人工合成自旋軌道耦合是實現拓撲物相的一項重要技術。實現外爾半金屬等高維拓撲物態的模擬,三維自旋軌道耦合是其必要條件。這意味著需要構建更加復雜的三維非阿貝爾規范勢,一直是超冷原子量子模擬領域的重大挑戰。

為實現三維自旋軌道耦合和理想外爾半金屬能帶,中國科大聯合研究團隊設計了巧妙的光路,通過將光晶格“旋轉”45°,并將相位鎖定,準確構造出理論方案中三維結構的拉曼勢,合成三維自旋軌道耦合,同時通過調節實驗參量合成了有且僅有兩個外爾點的能帶結構,并用兩種方法印證了理想外爾半金屬能帶的實現。

《科學》審稿人認為,這項工作“為冷原子體系研究外爾物理中的新奇現象打開了新的方向”,“作為三維自旋軌道耦合在冷原子體系的首次實現,是領域中的重要進展,并為冷原子研究提供了新的工具”,“對理想外爾點的實現是非常有價值的結果,為固體系統提供了起到互補作用的研究方向”。

新安晚報 安徽網 大皖新聞記者 陳牧

編輯:彭玲

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