劳克林状态的首次实现

激光操纵的超冷原子实现了劳克林态，这是一种奇怪的量子流体，其中每个原子都围绕其同类原子跳舞。 图片来源：内森·戈德曼

20 世纪 80 年代量子霍尔效应的发现揭示了一种被称为“劳克林态”的新物质形式，该物质以美国诺贝尔奖获得者的名字命名，他在理论上成功区分了它们。

这些奇怪的状态在二维材料中、在极冷的条件下以及受到极强的磁场时独特地出现。 在劳克林的例子中，电子形成了一种不寻常的液体，其中每个电子围绕其同类跳舞，同时尽可能地避开它们。

这种量子流体的激发产生了物理学家与幻影粒子相关的集体状态，幻影粒子的性质与电子根本不同：这些“离子”带有分数电荷（基本电荷的一部分），并且令人惊讶地违背了粒子的标准分类玻色子或费米子。

多年来，物理学家根据对固态材料特殊性质的进一步分析，探索了在固态材料以外的其他类型系统中实现劳克林态的可能性。 然而，所需的组件（系统的二维性质、强磁场和强粒子间相关性）已被证明非常具有挑战性。

写作 自然哈佛大学马库斯·格雷尼尔实验小组周围的一个国际团队报告了首次利用激光操纵的非常冷的中性原子实现了劳克林态。

该实验包括将一些原子捕获在光学盒中，并实现创建这种奇怪状态所需的成分：强合成磁场和原子之间强烈的排斥相互作用。

在他们的文章中，作者通过强大的量子气体显微镜对原子进行逐一成像，揭示了劳克林态的定义特性。 它们展示了相互绕轨道运行的粒子的奇怪“舞蹈”，以及已实现的原子劳克林态的部分性质。

这一里程碑为在量子模拟中探索劳克林态及其近亲（例如所谓的摩尔-里德态）打开了广阔的新领域之门。 鉴于在实验室中开发宝石的独特性质，在量子气体显微镜下创造、成像和操纵任何宝石的可能性特别有吸引力。

参考文献：“用极冷原子实现分数量子霍尔态”作者：Julian Leonard、Suchin Kim、Joyce Cowan、Perrin Segura、Fabian Grosdt、Cecil Replin、Nathan Goldman 和 Marcus Grenier，2023 年 6 月 21 日，可在此处获取。 自然。
DOI：10.1038/s41586-023-06122-4