Физики построили квантовую лестницу из импульсов — Naked Science
Редакция
3

Физики построили квантовую лестницу из импульсов

Американские ученые разработали технологию создания виртуальных импульсных решеток, которая позволяет моделировать магнитные поля с высокой точностью.

1-firsteverdir
©Wikipedia

Возможность проектирования атомарных решеток, конфигурация которых может адаптироваться под наблюдение определенных эффектов, считается перспективной для физики. Дело в том, что этот метод позволяет создавать синтетические структуры с заданными свойствами. Как правило, в основе подобных технологий лежит идея построения периодических решеток, роль электронов в которых играют охлажденные атомы, тогда как периодический потенциал обеспечивается за счет лазеров. В новой работе специалисты из Иллинойсского университета в Урбана-Шампейне показали принципиально новый подход, представив систему, трансляционной симметрией в которой также обладают импульсы частиц.

 

Для этого авторы охладили атомы рубидия до конденсата Бозе — Эйнштейна, после чего поместили их в оптические ловушки, имитирующие ямы, в которых находятся электроны. Управление системой осуществлялось посредством двух пар лазеров с длиной волны 781,5 и 1064 нанометра. Каждая пара могла увеличивать импульс атомов на специфическую величину благодаря ориентированию вдоль общей оси. Поскольку длины волн оставались некратными, суммарный импульс раскладывался на сумму независимых значений от разных пар лазеров. В рамках демонстрации ученые получили два варианта импульса для коротко- и пять — для длинноволнового лазеров, двумерная проекция состояний которых получила название лестницы.

 

Виртуальная квантовая лестница: m и синий цвет соответствуют коротковолновому, n и красный цвет — длинноволновому лазеру / ©Alex An et al., Science Advances, 2017

 

В отличие от новой системы, имеющей фактически два независимых импульсных измерения, спроектированные ранее системы имели одно импульсное и одно пространственное измерение. По словам исследователей, предложенный подход на примере прямого наблюдения хиральных токов в рамках моделирования квантового эффекта Холла позволяет имитировать сильно неоднородное магнитное поле (с перепадом в 100 Тесла на дистанции в несколько ангстрем) — сейчас это представляется недостижимым в системах их оптических ловушек и в обычных материалах. Кроме того, в режиме «имитации однородного поля» описанная технология способна быстро изменять магнитное поле.

 

Примечательно, что для испытаний метода авторы использовали сравнительно сложную задачу. Хиральные токи являются асимметричными и не могут течь одинаково в разных направлениях. В частности, квантовый целочисленный эффект Холла проявляется в том, что токи, возникающие по краям образца, в зависимости от направления внешнего магнитного поля, текут только по или против часовой стрелки. Этот эффект основан на ограничении движения электрона в магнитном поле по окружности, который, отражаясь от границы, описывает окружность частично и оставляет часть импульса «вдоль» края. Возможность наблюдать такие токи позволяет создавать экзотические состояния различных материалов.

 

Подробности исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

10 часов назад
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

22 июля
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

30.04.2017
-
0
+
Ребята, подправьте опечатку в предложении: "сейчас это представляется недостижимым в системах ИХ оптических ловушек и в обычных материалах." Кажется, вместо "их" должно быть "из" =) И спасибо большое за статью!
-
0
+
...В рамках демонстрации ученые получили семь вариантов импульса для коротко- и длинноволнового лазеров, двумерная проекция состояний которых получила название лестницы... Ну как же так. Не семь, а десять. Если по одной координате 5 возможных значений импульса, а по второй - два, то сколько всего различных импульсов может быть? Чуть ниже же на картинке все показано. И это же не опечатка
    26.04.2017
    -
    0
    +
    Александр, спасибо за уточнение. Можете заодно свой текст на неопечатки проверить.
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: