【超冷原子模擬自旋軌道耦合】

江南布衣

【超冷原子模擬自旋軌道耦合】

 

 

 

令人驚訝的自旋分離發現在劍橋商務英語

自旋軌道耦合 - 一個無處不在互動中凝聚態物理 - 已經模擬了超冷中性原子首次在美國物理學家。

 

他們的實驗涉及到發射激光束，並允許在銣原子的相對強度進行調整的互動，只需調整力度的激光器。

 

這一發現可能使超冷原子作為“量子模擬器”調查的作用自旋軌道耦合範圍廣泛的現象在固體半導體，超導體和磁鐵。

 

在過去的十多年來，物理學家們一直在使用激光和磁場來捕捉原子和收藏的涼爽他們到接近絕對零度。

 

通過精心操縱激光和磁場，研究人員可以控制原子間的相互作用。

 

這使科學家可以模擬電子間的相互作用發生在固體材料中的清潔，良好控制的環境。

 

但不同於固體中的電子，這些相互作用的強度可以很容易地調整 - 讓物理學家檢驗理論的凝聚態物理在這些“量子模擬器”。

 

自旋軌道耦合描述之間的相互作用的電子自旋在固體和磁場誘導的運動相對於周圍的電子離子。

 

由於它使自旋電子其運動，自旋軌道耦合是一個關鍵的參數設計的“自旋電子”裝置，它利用電子的自旋，而不是其充電電路中，可能有一天將導致更快，更節能電腦。

 

什麼伊恩施皮爾曼和他的同事在國家標準與技術研究所（NIST）在馬里蘭州和國家理工學院在墨西哥城現在做的是模擬自旋軌道耦合使用中性銣原子。

 

 

銣原子雲

該小組一開始的約 18萬雲銣原子冷卻到100以下的nK創建一個玻色愛因斯坦凝聚（BEC）的。

 

當一個相同原子BEC的形式與整數自旋被冷卻，直到所有的原子都在同一個量子態。 研究小組隨後發射了兩枚幾乎相同的激光，X和Y，選委會在相交從右角度彼此。

 

激光燈設置為共鳴過渡兩種不同自旋態的銣原子，用來模擬“旋轉式”和“旋轉式”電子態。

 

涉及原子的共振，不斷吸收和發射光子。

 

由於這些光子攜帶的勢頭，這意味著，如果一個原子吸收一個光子運動在X方向，然後重新發出它在同一方向上有沒有改變原子的勢頭。

 

然而，原子吸收一個光子從 X光束可以刺激Y型束發射一個光子在Y方向，從而改變了原子的動量。

 

結果，根據斯皮爾曼，是一個耦合的自旋和動量的原子：一自旋軌道相互作用。

 

 

跟踪陰影

該小組開始了它的激光測量與關閉，所有的原子在空間的兩個自旋態的混合物。

 

激光的強度當時的緩慢增加，這將導致自旋態之間的轉換並提出了BEC成疊加自旋向上和自旋向下的國家稱為“綴飾態”。

 

最後，激光和磁阱被關閉和雲原子被允許擴大，隨著動量測量光的照射和跟踪的氣體所產生的陰影。

 

然後，研究人員計算出了原子的自旋上切換磁場梯度，偏轉自旋向上和自旋向下電子在不同的方向 - 就像在著名的Stern - Gerlach實驗。

 

雖然在綴飾態原子具有零淨勢頭，測量表明，該組件自旋向上和自旋向下國家本身具有非零動量。

 

根據斯皮爾曼，這是協議，計算方法，包括自旋軌道耦合。

 

 

驚喜，驚喜

測量結果還揭示了兩個驚喜。

 

首先是穿著自旋態的空間是分開的，但有一個旋轉移動到一旁的BEC和其他移動到另一側。

 

通常，它是積極有利的兩個自旋混合在選委會，但施皮爾曼和他的同事認為，激光引入“交換能量”，導致相反的旋轉，互相排斥。

 

出人意料的其他球隊是自旋軌道相互作用具有重要的影響，即使在激光強度相對較低。

 

這意味著，它應該是可能的模擬間的相互作用費米氣體超冷原子，這是更類似於電子比原子的玻色使用了這項實驗。

 

究其原因，根據斯皮爾曼，就是費米原子物理學家們已經成功地冷卻（如鉀 - 40）熱的時候更迅速地投入綴飾態。

 

事實上，施皮爾曼說，他的團隊目前正在建設一個新的實驗，使用費米子。

 

如果成功的話，球隊應該能夠引起“ p 波“費米子之間的耦合-一個互動，導致超導超流氦-3和其他一些材料。

 

自旋軌道耦合費米子也能引起“馬約喇納費米子”。

 

這些外來顆粒，也等同於反粒子，並可能被用來在量子計算機。

 

這項研究發表在 自然  471 83 。

 

 

關於作者

麥約翰斯頓 是編輯， physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/45306