Symmetri spelar en grundläggande roll för att förstå komplex kvantämne, särskilt vid klassificering av topologiska kvantfaser, som har väckt stora intressen under det senaste decenniet. Ett framstående exempel är den tidsomvända invarianta topologiska isolatorn, en relativt ny materialklass med säregna elektroniska egenskaper, som förstås väl som ett symmetriskt skyddat topologiskt (SPT) material.

I en färsk studie, ett internationellt team av experimentella och teoretiska fysiker vid Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) och Peking University (PKU) rapporterade observation av en SPT -fas för ultrakylda atomer med hjälp av atomär kvantsimulering. Detta arbete öppnar vägen för att utöka omfattningen av SPT-fysik med ultrakylda atomer och studera icke-jämviktskvantdynamik i dessa exotiska system.

Deras resultat publicerades i tidskriften Vetenskapliga framsteg den 23 februari, 2018.

Objektens former kan klassificeras baserat på topologi. En exotisk fas av kvantämne kan förstås med underliggande topologi och symmetri i fysiska material. Teamet skapade en syntetisk kristall för ultrakylda atomer och emulerar för första gången viktiga egenskaper hos ett endimensionellt (1-D) topologiskt material bortom det naturliga tillståndet. De ultrakylda atomerna är 1 miljard gånger mer utspädda än fasta ämnen, men möjliggör studier av komplex fysik eftersom de är extremt orörda och kontrollerbara.

Klassificering av topologiska kvantfaser har medfört en grundläggande uppfattning om SPT -faser, som är exotiska tillstånd under skydd av symmetrier, och utöka vår förståelse av kvantämnes grundläggande natur. Ändå, överlägset bara en liten del av teoretiskt förutsagda SPT -faser har upptäckts i fasta material, främst på grund av komplicerad och okontrollerbar miljö av solid-state material som orsakar stora utmaningar i förverkligandet.

"Vårt arbete förutsade i teorin en ny typ av SPT -fas, som ligger utanför den traditionella klassificeringen baserat på tiofaldiga sätt, och observerade i experiment ett sådant exotiskt tillstånd i en konstruerad syntetisk kristall med ultrakylda atomer, "sa Xiong-Jun Liu, biträdande professor vid Peking University och medförfattare till uppsatsen. "Detta arbete är verkligen det första experimentella genomförandet av en SPT -fas för ultrakylda atomer, som öppnar många möjligheter att simulera och undersöka ny SPT -fysik, "Lade Liu till.

Detta arbete tar verkligen kvantsimuleringen av topologisk materia till nästa nivå, vilket kan leda till dramatiska framsteg inom materialvetenskap och kvantteknik.

"Dessutom, på grund av fördelarna med full kontrollerbarhet, vi förväntar oss att det nuvarande arbetet kommer att driva framtida studier i ultrakylda atomförsök av interagerande SPT -faser, som diskuteras i stort i teorin men mycket svåra att undersöka i fasta material, "förklarade Gyu-Booong Jo, biträdande professor vid HKUST-avdelningen för fysik och medförfattare till uppsatsen.