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二维系统可研究四维物质物理特性

时间 2018-01-08     

    有助理解更高维空间、研制新奇光子设备

    光通过二维波导阵列的展示

    图片来源:每日科学官网

    据每日科学网站近日报道,一个国际科研团队首次创建出一个二维实验系统,光子在其中的行为符合四维量子霍尔效应的理论预测。新系统使科学家能研究理论上只存在于四维空间的物质的物理性质,不仅有助于理解更高维空间,也能帮他们研制出新奇的光子设备。

    最新研究由来自美国宾夕法尼亚州立大学、匹兹堡大学、瑞士苏黎世联邦理工学院和以色列霍隆理工学院的科学家进行,论文发表在最新出版的《自然》杂志上。此外,一个德国科学家团队也发表论文称,他们已证明,同样的机制能被用来使超冷原子气体展示四维量子霍尔效应。

    当带电粒子在磁场作用下的二维平面中移动时,会产生霍尔效应,而当带电粒子被冷却到接近绝对零度并遭遇强磁场时,它能导电的数量变得量子化——固定为某一自然常数且不能更改,正如《自然》论文作者米凯尔·瑞克特思曼所说的,这种“霍尔电导”会非常稳定。尽管这种电导的量子化无法在普通三维物质内观测到,但2000年,科学家通过理论证明,能在四维空间观测到这种霍尔量子效应。

    为了给这种四维空间建模,研究人员构建出波导阵列。每个波导是一根“管子”,研究人员使用强激光,在高质量玻璃上刻出了这种“管子”,很多此类波导被紧密地刻在单块玻璃上,由此形成了波导阵列。研究人员使用最新技术将两个人造维度编入波导复杂的几何结构内,创建出了拥有四个空间维度的二维系统。随后,他们测量了光如何流过该设备,结果发现,光的行为与四维量子霍尔效应的预测精确吻合。

    科学家指出,最新研究和德国物理学家对超冷原子的观测,首次展示了高维量子霍尔物理学,不仅有助高维物理学的研究,也可用以研制新奇的光子设备。(记者刘霞)

来源:科技日报

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