限制量子粒子在一维、二维或三维中运动，科学家观察到了许多惊人的现象。一个最好的例子是：在强磁场中二维材料中测量的霍尔电导量子化。现在，超冷原子气体为轻松控制量子系统的维度提供了一个强大平台。然而，在这些装置中测量电导性质是具有挑战性的，并且尚未观察到“冷原子量子霍尔效应”。现在发表在《物理评论X》期刊上的这项新研究，提出了实现这一目标的现实方案。
这项研究是由G.Salerno和N.Goldman进行，他们来自布鲁塞尔自由大学的“复杂系统物理和统计力学”研究单位。这是建立在瑞士联邦理工学院(ETH)在苏黎世的实验基础上，那里的研究人员观察了原子沿一维导线传输。为了测量量子霍尔效应，必须以某种方式将这种设置扩展到二维，并包括外部磁场的影响。研究人员通过引入一种新型的电导测量来解决这个问题，它允许从一根一维导线开始研究真正的2-D效果。
关键思想是用额外的合成尺寸扩展1D通道，这是通过简单地摇动通道来设计：除了沿着导线方向运动，原子还被驱动到更高的横向振动状态，从而模拟沿横向晶格的运动。这种不平衡的方法不仅增加了原子线提供的可能性，而且为量子工程物质中的拓扑物理提供了一种特别有效的探针。本研究提出了一种在一维原子气体输运中直接测量霍尔电导量子化的方法，该方法建立在两个主要成分上：(1)收缩光学势，它产生连接到两个储存库的介观通道，以及(2)专门设计为产生沿附加合成维度运动的通道时间周期调制。
这个虚拟维度是由与紧限制通道相关的谐振子模式跨越，因此，相应的“晶格位置”与系统的能量密切相关。研究分析了这种混合二维系统的量子输运性质，突出了合成维度提供吸引人的特征。特别地，演示了合成维度的能量性质与周期性驱动通道的准能量谱相结合，能直接和明确地观察双库几何中的量子化霍尔效应。研究工作说明了如何在最小的一维中探索物质的拓扑属性，并具有直接和实际的实验结果。
博科园｜研究/来自：布鲁塞尔自由大学
参考期刊《物理评论X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041001
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