科学家创造工具让超冷原子量子模拟迎来重要成果

若是有磁场的干扰，则电流会拐弯奔流不息而非依照路径前进，这就是霍尔效应，而是会发生“弯曲”并在材料边缘产生电荷积累的一种物理现象。

研究中，课题组并没有使用传统材料，而是设法在实验室中重新创建霍尔材料的“原型”，通过使用可以冷却到绝对零度以上几亿分之一度的超冷中性原子来模拟电子的行为。

通过利用激光来操纵原子，原子在“合成”磁场中表现得像带电粒子一样，并能精确地观测原子轨迹被磁场弯曲的过程。尽管超冷原子气体呈现出电中性，但是仍然可以模拟固体中的霍尔效应，而研究这种效应的技巧之一就是向系统中引入“合成维度”。

研究中，该团队将费米子镱原子置于一维光学晶格之中，并使用原子的核自旋态作为合成维度，将晶格倾斜从而产生电流，进而测量一系列原子相互作用强度之下的霍尔响应。

基于此，课题组针对强相互作用费米子的霍尔效应进行了量子模拟。与在固态系统中测量静态霍尔电压不同的是，通过在超冷原子模拟器中，直接测量电流和相关联电荷传感器的极化可以追踪电解液的霍尔响应的实现建立电流互感器的过程。

自从量子霍尔效应被发现以来，迄今 40 年间人们依旧在寻找完整的理论解释。而本次实验结果对于研究霍尔效应量子化的微观起源具有重要意义。在这项新研究中，科学家首次证明了电子在不同位置的运动方式，这些位置可能是电子的自旋极化方向，也可能是电子的旋转方向。

（编辑：银川站长网）

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