В поисках, чтобы лучше объяснить и даже использовать странные и удивительные поведения взаимодействующих квантовых систем, хорошо характеризуемые и управляемые атомные газы появились в качестве инструмента для эмуляции поведению твердых частиц. Это вызвано тем, что физики могут использовать лазеры, чтобы вынудить атомы в разведенных квантовых газах действовать, во многих отношениях, как электроны в твердых частицах. Надежда учится, та же самая физика в лазерной атомом системе поможет ученым понять внутренние работы различных экзотических материалов.
Физики JQI, во главе с Тройкой Порту, интересуются квантом магнитный заказ, который, как полагают, глубоко связан с высокотемпературной сверхпроводимостью и также имеет значение в других в широком масштабе связанных квантовых системах. Недавно, группа изучила магнитную и двигательную динамику атомов в специально разработанной основанной на лазере решетке, которая похожа на шахматную доску.
Их работа была издана в журнале Science.Чтобы спроектировать систему, которая могла бы вести себя как реальный кусок материала, команда загружает ультрахолодный газ приблизительно 1 000 атомов рубидия в двумерную оптическую решетку, которая является периодическим множеством долин и холмов, созданных, пересекая лучи лазерного света. Атомы походят на электроны в теле; геометрия решетки определена образцом лазерного света. Глубина решетки может быть точно отрегулирована, чтобы допускать определенные типы поведений атома.
Для этого исследования атомы могут перемещаться между местами в решетке через квантовое туннелирование – это – двигательный компонент. Во-вторых, каждый атом может считаться наличием ориентации, подобной тому из магнита*, и ‘вниз’. Как магниты, атомы, при определенных условиях, могут взаимодействовать, чтобы сформироваться заказанный меры в решетке (например, вниз down\U 0026\hellip;).Однако наблюдение появления таких магнитных государств было сложно, потому что эти конкретные состояния вещества только показаны, когда у атомов есть чрезвычайно низкая энергия, которую здесь рассматривают как эффективную температуру.
Типичный ультрахолодный атомный газ – приблизительно 10-100 nanokelvin. Чтобы бросить взгляд на магнитный заказ в оптической решетке, атомы должны быть при picokelvin температурах, в 10 – 1 000 раз более холодных.
Эксперимент Порту проявляет другой подход – исследователи работают в режиме из равновесия, где магнитная динамика может быть вызвана при более высоких, более подсудных температурах. В то время как укрощение picokelvin критерии остается, авторы полагают, что эта методология откроет новые пути для достижения и изучения кванта магнитный вопрос в более низкой температуре, уравновешенных системах.
Команда использует новую решетку ‘шахматной доски’, в которой они имеют изящный контроль над различными местами; это дает им способность изучить и двигательные и магнитные свойства атомов. Решетка построена из двух управляемых подрешеток, обозначил A и B, которые вместе формируют множество ‘двойных скважин’ (см. выше диаграммы). Исследователи могут создать желаемый магнитный заказ, изменив относительную глубину подрешетки B относительно подрешетки A. Этот тот же самый механизм также используется, чтобы вести динамику между скважинами решетки. В начале эксперимента все магниты атома инициализированы в ориентация и пойманы в ловушку в двумерной однородно глубокой оптической решетке.
Второй шаг должен щелкнуть атомами в решетке B к ‘вниз’; это делает систему антиферромагнитным образом заказанной и из равновесия. Затем, глубина подрешетки B внезапно изменена в маневре, названном ‘подавлением’. По существу, подавить удары система, начиная динамику через решетку. Магниты атома щелкают вверх и вниз и тоннель между местами, поскольку они расслабляются к конфигурации то есть, в этом случае, больше не намагниченный.
Этот эксперимент до некоторой степени достигает потенциальную силу квантовых моделирований, даже независимых от материальных приложений науки. Порту объясняет, «Вот система решетки атома, которая сложна, чтобы вычислить точно.
Все же способность продемонстрировать точный контроль над различными конкурирующими параметрами в такой системе и также наблюдать, что он развивается со временем, может приводить к пониманию основной физики».Победите автора Роджера Брауна, теперь Постдокторанта Национального исследовательского совета в NIST, Валун продолжается, «Наша относительно расширенная система в двух размерах ставит интересную теоретическую проблему, потому что численно точные методы не доступны, и традиционные аналитические теории требуют приближений.
Таким образом экспериментальные наблюдения могут быть полезны для выбора соответствующих теорий».*Физики используют математические модели, такие как bosonic t-J модель, изученная здесь, чтобы понять квантовые магниты. Таким образом для ясности в этом сообщении печати атомы называют «магнитами».
На языке статьи Science их называют «вращениями».