中國率先實現超冷原子二維人工自旋軌道耦合

中國科學技術大學潘建偉研究小組和北京大學劉雄軍研究小組11日在北京宣布，雙方合作在超冷原子量子模擬領域取得重大突破：在國際上首次理論提出、並在實驗中實現超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測定了由自旋軌道耦合導致的新奇拓撲量子物性。相關論文在最新一期《科學》雜誌上發表。

自旋軌道耦合是量子物理學中基本的物理效應。它在多種基本物理現象和新奇量子物態中扮演了核心角色。這些現象導致產生了自旋電子學、拓撲絕緣體、拓撲超導體等當前凝聚態物理中最重要的前沿研究領域。然而，由於普遍存在難以控制的複雜因素，很多重要的新奇物理現象難以在固體材料中做精確研究。

「冷原子有環境乾淨、高度可控等重要特性。」潘建偉說，在超冷原子中實現人工自旋軌道耦合并研究新奇量子物態，已成該領域重大前沿課題之一。

劉雄軍小組提出了拉曼光晶格量子系統。它可完好地實現二維人工自旋軌道耦合，並能得到如量子反常霍爾效應和拓撲超流等深刻的基本物理效應。

在劉雄軍理論基礎上，潘建偉、陳帥和鄧友金等組成的實驗小組，在超精密激光和磁場調控技術的基礎上，成功地構造了拉曼光晶格量子系統，合成了二維的自旋軌道耦合的玻色－愛因斯坦凝聚體。這個自旋軌道耦合具有高度可調控性，將會對冷原子和凝聚態物理產生重大影響。

專家指出，此前我國在鐵基超導、外爾費米子等研究雖已走在世界前列，但它們都是由外國科學家提出理論。這次超冷原子量子模擬的重大突破則是由中國科學家提出理論並在實驗中實現的。

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