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中国科大在超冷原子体系实现理想外尔半金属态

  中国科学技术大学潘建伟、陈帅等与北京大学刘雄军等合作, 在超冷原子模拟拓扑量子材料方面取得了重要进展 。 研究团队在国际上首次利用超冷原子体系实现了三维自旋轨道耦合,并构造出有且仅有一对外尔点的理想外尔半金属能带结构 。该研究成果于4月16日以研究长文(Research Article)的形式发表在国际学术期刊《科学》杂志上 [Science 372, 271-276 (2021)]。由于 该工作开启了超越传统凝聚态物理的外尔型拓扑物理的量子模拟 ,《科学》杂志在同期的视点栏目(Perspective)专门配发了题为"The Weyl side of ultracold matter"的评论文章。
  图一:A,三维自旋轨道耦合装置示意图。B,实验构造的三维拉曼势结构,导致原子在格点之间的自旋翻转隧穿。
  外尔半金属(Weyl semimetal)是一类重要的拓扑物态,其能带中的外尔点结构具有许多奇异的性质:它是一种拓扑磁单极子,且总是成对出现,在其附近的低能激发的运动模式符合"外尔费米子"的方程,最早于1929年由德国科学家赫尔曼·外尔提出。有且仅有两个外尔点的外尔半金属—理想外尔半金属,是外尔半金属"家族"中最为基础的一员,由其衍生的有相互作用关联相总是拓扑非平庸的。在凝聚态材料中,尽管近几年外尔半金属材料取得诸多重要进展,这种仅有两个外尔点的外尔半金属尚未实现。
  超冷原子体系具有环境干净,高度可控等重要特性,通过超冷原子研究拓扑量子物态目前是量子模拟领域中一个活跃的方向,其中人工合成自旋轨道耦合是实现拓扑物相的一项重要技术。实现外尔半金属等高维拓扑物态的模拟,三维自旋轨道耦合是其必要条件。这意味着需要构建更加复杂的三维非阿贝尔规范势,一直是超冷原子量子模拟领域的重大挑战。
  在超冷原子自旋轨道耦合的研究方面,中国科大通过和北大合作一直处于研究前沿。2016年,实验团队就和北大理论组合作,提出并构建了二维拉曼耦合光晶格,实现了二维自旋轨道耦合拓扑量子气[Science 354,83-88, (2016)]。近期,北大的理论团队在原二维系统的基础上提出了三维自旋轨道耦合和理想外尔半金属的新型拉曼光晶格方案[Science Bulletin 65, 2080-2085 (2020)]。实现三维自旋轨道耦合和理想外尔半金属能带,实验上面临两个技术难题,一是怎样把二维形式的拉曼耦合拓展到三维结构;二是怎样利用传统的二维成像进行三维动量空间的探测。为此,联合研究团队设计了巧妙的光路,通过将光晶格"旋转"45°,并将相位锁定,准确构造出理论方案中三维结构的拉曼势,合成三维自旋轨道耦合(图一),同时通过调节实验参量合成了有且仅有两个外尔点的能带结构。在探测方面,研究团队借鉴了北大组和香港科技大学G.-B. Jo组合作提出的虚拟断层成像法[Nat. Phys. 15, 911 (2019)],并应用到当前的三维光晶格体系。利用体系的对称性,通过调节拉曼失谐等效得到z方向不同动量平面上的自旋纹理,再重构出三维动量空间的自旋纹理,找到外尔点;随后利用量子淬火动力学提取出该平面能带的拓扑特征,进而确定外尔点的位置。两种方法互相佐证,印证了理想外尔半金属能带的实现。
  图A,通过虚拟断层成像法重构三维自旋纹理,找到两个外尔点位置。B,通过量子淬火动力学对外尔点位置标定。
  《科学》杂志的审稿人对这一工作给予高度评价,认为这项工作" 为冷原子体系研究外尔物理中的新奇现象打开了新的方向 "(...a very interesting work which opens a new direction of investigating exotic phenomena associated with the Weyl physics for ultracold atoms)、" 作为三维自旋轨道耦合在冷原子体系的首次实现,是领域中的重要进展,并为冷原子研究提供了新的工具 "(...this is the first time that 3D spin-orbit coupling was ever achieved in a cold atom experiment. This, in itself represents a significant progress and an important addition to the cold atom toolbox.)、" 对理想外尔点的实现是非常有价值的结果,为固体系统提供了起到互补作用的研究方向 "(Realizing ideal Weyl cones in cold atom systems is thus an extremely valuable objective and will provide an angle of attack that is complementary to solid-state systems.)。
  在该研究工作的基础上,研究团队将进一步开展外尔半金属中更奇特的现象和物理过程的探索。本工作的技术方案也可以推广到费米子体系,开展强关联拓扑物理的研究。该成果有望极大推动量子模拟领域的发展。
  论文链接:
  https://science.sciencemag.org/content/372/6539/271
  http://doi.org/10.1126/science.abc0105

光子不违背牛顿第一定律无外力作用下,物体运动速度都是绝对的,是不变的,符合牛顿第一定律。而测量出的物体速度都是相对的,包括光速,是随参考系速度变化的。光速和其它物体的速度都一样,有绝对和相对速度。不要用光速误判的后果起初人们不相信相对论,后来,人们又迷信相对论。今天,若有人质疑相对论,会被认为缺乏现代意识,被爱粉们打上不入流的民科标签。你看,那么多物理学泰斗都一致认可的权威理论,你一个凡夫俗子东西方拜的神自古以来,人类长久的感觉自己迷茫无助,困惑无尽,越想越烦。生存实不易,快乐也不易。对周遭神秘现象百思不得其解。于是乎,求神拜佛,以求摆脱困惑。困惑依旧,只是精神麻醉了,迷迷糊糊的,宇宙有边界吗?宇宙有边界吗?讨论这个问题是困难的,无论认为宇宙有边界或者没有边界,都会陷入逻辑困境。目前为止,已经观察到的视界范围,已经扩大到了930亿光年。这是目前设备条件的界限。改进设备,宇愿你有一颗奢华的灵魂人于世间,与人比什么?穿的名贵,吃的价格不菲,住的豪华,真的舒服吗?吃红薯比海鲜差吗?穿貂皮比棉衣温暖吗?住豪宅比小木屋安然吗?不用比物质奢侈,要比灵魂有几分成色,灵魂安然才是奢华科学与谬误科学需要实证和合乎逻辑。实证资料常常是失真的,逻辑容易让人产生信赖。但是,逻辑又是容易被立论的虚假性污染,成了谬误的美丽包装。实证的,逻辑的,被科学当成护身符。当逻辑链条被一再延伸能量转化与转移的控制与约束能量的转移和转化是运动发生的根源。宇宙运动不会停止于热寂,这是因为熵不会只增加,而是有增有减。比如变压器可以实现从低电压到高电压的升压,实现熵增。宇宙整体来看,熵基本不变,既不会大先有鸡还是先有蛋?关于先有鸡还是先有蛋的问题,可以这样解读当原始生命在地球上孕育的时候,生命是一些随机产生和聚合的分子团,还不是完全意义上的生命体。当在这些聚合体中出现了能够自我复制的有机体时,生命探寻事物的规律我们从小到大,世世代代,一直苦苦追寻的是万事万物的规律。规律是神龙见首不见尾的存在。它们常常藏匿很深。总是和追寻它的人若即若离,让喜爱它的人苦不堪言。规律为什么难以琢磨呢?因为它时道德经的核心思想道德经是老子对自己哲学思想的系统论述。他在这部哲学著作中,对自然哲学的核心道和社会哲学的德,进行了分别和比照的阐述。他给予宇宙本原的道以最高地位,把精神置于次要和从属的地位。体现了生命的起源有人说上帝或者神创造了生命。也有人说生命来自外太空或者陨石。你信吗?我是不信的。我只想问,你以为上帝也是生命体吗?他的命又是从何而来呢?陨石上有生命吗?那么,生命在陨石上如何产生和
资源三号03星在轨交付投入业务化运行中新网北京5月28日电(记者庞无忌)28日,资源三号03星在轨交付仪式在京举行,这标志着卫星正式交付中国自然资源部投入业务化运行。资源三号03星于2020年7月25日成功发射,是自太阳的年龄恒星是一种巨大而炽热的球体。运用物理定律以及一致物质在各种温度压力条件下表现的属性,科学家就能探知恒星内部的情况。恒星内部物质的密度非常大。科学家运用物理定律计算出太阳内部各层的温解密CIA档案,火星的塞东尼亚区曾被特殊关注,那里有什么秘密?这是一个源于上世纪80年代的秘密实验。也是关于超能力的未解之谜。美国中央情报局CIA,曾经拥有一支训练有素的超能力部队,据说通过遥视可以感知火星的过去。他们看到火星的一个神秘区域,未来一百年能在月球火星上建工业基地吗,有经济价值吗?月球上有可能,火星上不可能。人类科学技术的发展速度是以指数形增长的,这给我们一种错觉,认为人类很快就会无所不能了。事实上人类科技的发展在许多方面还是受到地球上许多条件的限制的,并不火箭在大气层阻力太大,如果用飞机运到高空,就能降低发射成本?最近,有网友提出了一个问题,火箭在起飞阶段还处于大气层内部,有很大的空气阻力,但在突破大气层之后,空气阻力就消失了,也不需要多大的推力。那为什么不用飞艇或者飞机,直接把火箭运送到大日本将向月球发射球形机器人日本宇宙航空研究开发机构将于2022年与ispace公司合作发射一辆棒球大小的机器人到月球(图片来源JAXA)日本计划于2022年在月球表面部署一个棒球大小的机器人。日本太空公司(陨石坑对现代风水学的启示中国第一陨石坑陨石的撞击,宣告恐龙时代的终结。陨石,这种天外来客对于大多数地球人来说并不算陌生,因为在很多科普书籍里面都有记载,而且有证据表明,在6500万年前,一颗直径十公里的陨突破传统局限!AlMgSi合金中过时效腐蚀行为研究导读采用透射电镜研究了不同时效时间的AlMgSi合金中腐蚀的MgSi纳米沉淀物的形貌和化学成分,发现在过时效状态下出现的粗化沉淀在电解双喷过程中被溶解Mg和残余Si的氧化所腐蚀,最流浪地球的不解谜团行星发动机使用的燃料,究竟是什么石头?我们知道,现代人类的发动机大概分为三种,柴油机,汽油机和火箭发动机,在民用范围内,发动机采用的主要能源都是石油,只有在航空航天等高科技领域,发动机燃料才会变成液氢液氧等更高密度的燃是谁为地球送来了生命?研究认为外星球上可能带有微生物有关于地球生命的起源,一直都是一个未解之谜,虽然达尔文认为,地球上早期的生命,是来自于深海的热泉口之中,然而,构成生命的有机物又从何而来呢?地球上的生命,难道真的只是一连串的化学反1。2亿摄氏度燃烧101秒!中国人造太阳创亿度百秒世界纪录5月28日,国家重大科技基础设施EAST人造太阳核聚变实验装置取得重大突破,实现了可重复的1。2亿度101秒等离子体运行和1。6亿度20秒等离子体运行,再次创造托卡马克实验装置运行