Skip to content
Home » Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur

Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur

    Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur
    Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur

    Een deeltje dat door een Brillouin-zone wordt gedreven, accumuleert een geometrische fase, die de positie van de Wannier-functie in een eenheidscel bepaalt. De energiesplitsing in elektrische velden weerspiegelt de geometrische fasen. Krediet: Ruosong Mao, Xingqi Xu, Jiefei Wang, Chenran Xu, Gewei Qian, Han Cai, Shi-Yao Zhu & Da-Wei Wang

    In topologische isolatoren bepalen globale geometrische fasen van energiebanden het bestaan ​​van unidirectioneel voortplantende randtoestanden, die immuun zijn voor lokale defecten, wat een nieuwe fase vormt voor het ontwerpen van ruisbestendige apparaten van elektronen, fotonen en atomen. De geometrische fase wordt gemeten door adiabatisch een kwantumtoestand door een Brillouin-zone te transporteren, waarvoor geavanceerde kwantumcontroletechnologie nodig is. Bij atomen kan zo’n meting alleen bij extreem lage temperatuur worden uitgevoerd.


    De moderne theorie van polarisatie in vaste stoffen werpt nieuw licht op het meten van geometrische fasen. Op basis van die theorie worden de Wannier-centra (de verwachte posities van de Wannier-functies van energiebanden) bepaald door de geometrische fasen. In een statisch elektrisch veld bepalen de Wannier-centra de energieën van de Wannier-Stark-ladders, waaruit de geometrische fasen kunnen worden afgeleid.

    In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht: wetenschap en toepassingen, ontwikkelde een team van wetenschappers onder leiding van Da-Wei Wang en Han Cai van de Zhejiang University een nieuwe techniek om geometrische fasen in thermische atomen te meten. Het werk is uitgevoerd in superradiantieroosters, dat wil zeggen impuls-ruimteroosters van collectief aangeslagen toestanden van atomen, de zogenaamde getimede Dicke-toestanden. De auteurs vatten de essentie van hun techniek als volgt samen.

    “In momentum-ruimteroosters speelt de beweging van atomen de rol van een elektrisch veld in echte-ruimteroosters. Atomen die door de real-space Brillouin-zone van superradiance-roosters bewegen, volgen dezelfde dynamiek van roosterelektronen die door een momentum-ruimte Brillouin reizen zone in een elektrisch gelijkstroomveld”, legden de wetenschappers uit.

    Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur

    Atomen in thermische beweging reizen periodiek door Brillouin-zones in de reële ruimte, waarbij ze dezelfde dynamiek volgen van elektronen die worden onderworpen aan statische elektrische velden. We meten de geometrische fasen uit de energiespectra van atomen. Krediet: Ruosong Mao, Xingqi Xu, Jiefei Wang, Chenran Xu, Gewei Qian, Han Cai, Shi-Yao Zhu & Da-Wei Wang

    “In het bijzonder vinden we dat de snelheid van atomen evenredig is met de sterkten van het effectieve elektrische veld. In thermische atomen verkrijgen we de energiespectra van superradiantieroosters door Wannier-Stark-spectra van atomen met verschillende snelheden te integreren. Wanneer twee ladders van verschillende energiebanden hebben dezelfde energie voor een bepaalde snelheid, er vindt een anti-kruising plaats, die wordt gekenmerkt door een dip in de energiespectra.

    “Door de energieën van die dips te meten, slagen we erin de geometrische fasen van de energiebanden te reconstrueren. De techniek wordt toegepast op verschillende eendimensionale roosters, waaronder de Semenoff-isolatoren, de Su-Schriefer-Heeger-modellen en de gegeneraliseerde Rice- Meel model.

    “Ons experiment demonstreert een conceptueel nieuwe techniek voor het detecteren van bandgeometrie van lasergeklede atomen en kan worden gegeneraliseerd om andere topologische invarianten in hoger-dimensionale systemen te meten. Ondertussen effent het ook een weg voor de toepassing van topologische fysica in optische apparaten bij omgevingstemperatuur temperatuur”, aldus de wetenschappers.


    Instortende energiebanden om hun geometrische structuur te verkennen


    Informatie:
    Ruosong Mao et al, Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur, Licht: wetenschap en toepassingen (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00990-7

    Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen

    citaten: Zak-fase meten in atomen bij kamertemperatuur (2022, 12 oktober) opgehaald op 12 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-zak-phase-room-temperature-atoms.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.