Laughlin’in durumunun ilk kez gerçekleşmesi

1980’lerde kuantum salonu etkilerinin keşfi, onları teorik olarak başarılı bir şekilde ayırt eden Amerikalı Nobel ödüllü kişinin adını taşıyan “Laughlin halleri” adı verilen yeni madde formlarını ortaya çıkardı.

Bu garip durumlar, son derece soğuk koşullar altında ve son derece güçlü bir manyetik alana maruz kaldıklarında 2B malzemelerde benzersiz bir şekilde görünür. Laughlin’in durumunda, elektronlar, her elektronun türdeşleri etrafında dans ederken onlardan olabildiğince kaçındığı alışılmadık bir sıvı oluşturur.

Böyle bir kuantum sıvısının uyarılması, fizikçilerin, özellikleri temel olarak elektronlardan farklı olan hayali parçacıklarla ilişkilendirdiği kolektif durumlar üretir: bu “iyonlar” kesirli bir yük taşır (temel yükün bir parçası) ve şaşırtıcı bir şekilde parçacıkların standart sınıflandırmasına karşı gelir. bozonlar veya fermiyonlar.

Uzun yıllar boyunca fizikçiler, Laughlin durumlarını, özel özelliklerinin daha fazla analizi ışığında, katı hal malzemeleri tarafından sağlananlardan başka sistem türlerinde gerçekleştirme olasılığını araştırdılar. Bununla birlikte, gerekli bileşenlerin (sistemin iki boyutlu doğası, yoğun manyetik alan ve güçlü parçacıklar arası korelasyonlar) çok zorlu olduğu kanıtlanmıştır.

yazı doğaHarvard’daki Marcus Grenier’in deney grubu etrafında toplanan uluslararası bir ekip, lazerler tarafından manipüle edilen çok soğuk nötr atomlar kullanılarak Laughlin durumunun ilk kez gerçekleştirildiğini bildirdi.

Deney, birkaç atomu bir optik kutuya hapsetmek ve bu garip durumu yaratmak için gerekli bileşenleri uygulamaktan oluşuyor: güçlü bir sentetik manyetik alan ve atomlar arasında güçlü, itici etkileşimler.

Yazarlar makalelerinde, güçlü bir kuantum gaz mikroskobu aracılığıyla atomları tek tek görüntüleyerek Laughlin durumunun tanımlayıcı özelliklerini ortaya koyuyor. Birbirinin yörüngesinde dönen parçacıkların tuhaf “dansını” ve gerçekleşmiş atomik Laughlin durumunun kısmi doğasını gösteriyorlar.

Bu kilometre taşı, kuantum simülasyonlarında Laughlin durumlarını ve kuzenlerini (örneğin, Moore-Read durumu olarak adlandırılan durumu) keşfetmek için çok geniş ve yeni bir alanın kapısını aralıyor. Kuantum gaz mikroskobu altında herhangi bir mücevher yaratma, görüntüleme ve manipüle etme olasılığı, laboratuvardaki benzersiz özelliklerinin kullanılması ışığında özellikle çekicidir.

Referans: “Son Derece Soğuk Atomlarla Fraksiyonel Kuantum Hall Durumuna Ulaşmak” Yazan: Julian Leonard, Suchin Kim, Joyce Cowan, Perrin Segura, Fabian Grosdt, Cecil Replin, Nathan Goldman ve Marcus Grenier, 21 Haziran 2023, Buradan Erişilebilir. doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06122-4