【超冷的費米子的自旋 - 軌道耦合模擬】

明道

【超冷的費米子的自旋 - 軌道耦合模擬】

 

 

費米子的單路系統

兩個獨立的團體物理學家首先使用超冷費米原子模擬“自旋 - 軌道耦合” - 的相互作用中起著重要的作用，在固體材料的電子特性。

這兩個實驗是通過發射激光束的原子，從而導致他們的勢頭改變的金額取決於其自旋。

因為這種模擬原子之間的相互作用，可以非常精確調整，突破可能進一步闡明了一系列物理現象，包括磁性，拓撲絕緣體和馬約拉納子。

自旋軌道耦合的描述中的電子的自旋電子的相對運動及其周邊離子的材料和感生的磁場之間的相互作用。

自旋 - 軌道耦合，以及發揮了關鍵作用，在材料的磁特性，也影響了“自旋電子”設備的性能 - 那些利用電子的自旋，而不是充電，並可能有一天會更快，更高效節能的計算機。

量子模擬器

由於其基本性質，因此，物理學家們非常熱衷於使用超冷原子雲，模擬自旋 - 軌道耦合。

這樣的“量子模擬”進行通過氣體的激光和磁場，它可以讓研究人員創建類似於電子在固體中所經歷的原子之間的相互作用。這些模擬的優點就是 - 在一個堅實的不同 - 這些相互作用的強度，可以很容易地調整，讓物理學家測試凝聚態物理理論。

伊恩·斯皮爾曼在美國馬里蘭州的國家標準和技術研究院（NIST）和他的同事在2011年第一個模擬的超冷氣體的玻色原子自旋 - 軌道耦合。

現在，2獨立團體 - 1中國LED輝翟清華大學和京張山西大學，並在其他在美國由馬丁Zwierlein和勞倫斯焯在馬薩諸塞州的研究所科技（MIT）的領導 - 已經擴展斯皮爾曼的技術費米子。

由於電子是費米子和玻色子，新的工作是更相關的電子物理學。

使用鉀40 ...

中國隊開始了約兩萬鉀40原子，被關押在一個光學陷阱，遠低於合奏的費米溫度冷卻至。

這意味著，幾乎所有的氣體中的原子是在盡可能低的能量狀態，像在一個金屬的傳導電子。

該團隊專注於兩個緊密排列的磁能量狀態，這是用來模擬的電子自旋 - 一個國家相應的旋轉起來，其他降速。

研究小組隨後發射了兩束激光從相反的方向進氣。

激光被設置為兩個自旋態之間的過渡 - 一個過程，涉及原子不斷吸收和發射光子產生共鳴。

由於這些光子攜帶的勢頭，如果一個原子吸收一個光子，在一個方向上移動，然後重新發射在同一方向，原子的動量也不會改變。

然而，也可以被激發的原子發射的光子在相反的方向 - 從而改變原子的動量由相對的光束。

這種相互作用涉及原子的自旋方向的變化，因此，類似的自旋軌道耦合 - 儘管在1D。

中國隊利用其系統自旋 - 軌道耦合研究幾個方面。

在一項實驗中，研究人員開始的狀態下，所有的自旋最初指向相同的方向。

然後，他們打開自旋軌道相互作用通過脈衝激光器很短的時間 - 只有幾百微秒。

他們發現，自旋開始指向不同的方向在這個過程稱為“退相干”。

這是預期的從費米子，因為具有相同的自旋的原子不能有相同的動量，因此每個原子的自旋 - 軌道相互作用受到不同的影響。

了解移相是很重要的，因為它的自旋，如自旋電子學和量子計算技術的應用有不利影響。

該小組還看了看其他幾個自旋 - 軌道耦合的影響，包括其對原子的動量分佈。

和鋰-6

麻省理工學院的物理學家，同時使用鋰-6原子氣體，這意味著他們實現自旋 - 軌道耦合比中國隊更加困難。問題是，較輕的原子，例如鋰是通過共振吸收的光更容易加熱。

因此，要獲得這個問題，MIT的研究小組一直在“蓄水池”中，他們不與光互動，爽呆了 - 它的原子使用無線電波來驅動一個小的原子數為自旋 - 軌道耦合狀態。

麻省理工學院的團隊，專注於超冷原子可以用來模擬“自旋二極管” - 設備，有可能在自旋電子電路的發展中發揮了關鍵作用。

它允許分拆原子流向前而不是向後，降速原子向後而不是向前。

氣體作為量子二極管，調節流量的自旋電流的設備，說：卓。

模擬帶結構

麻省理工學院的物理學家通過應用射頻輻射的氣體，也能夠模擬類似的發現在一維晶格週期勢。

實際材料，正如預期的那樣週期勢導致的與自旋相關的能帶的存在。

據球隊，能夠創建自旋相關的能帶結構，這種方式可能會導致的模擬拓撲絕緣體。

模擬由兩個隊的自旋軌道耦合只發生在一維，因此不能被用來模擬在大多數現實生活中的電子設備的2D和3D系統。

但是，也有一些有趣的場景，在一維系統中可以進行調查。

例如，它可以被用來模擬半導體/超導體的納米線中的電子的行為。

這樣的系統被認為是類似於馬約拉納子 - 長期追求的是自己的反粒子的粒子的海港準粒子。

這兩個實驗中描述的“物理評論快報”。

作者簡介

麥約翰斯頓是physicsworld.com主編

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/sep/03/ultracold-fermions-simulate-spin-orbit-coupling