人造非阿貝爾規範場下光晶格中超冷原子性質的研究

《人造非阿貝爾規範場下光晶格中超冷原子性質的研究》是依託東南大學，由侯淨敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：人造非阿貝爾規範場下光晶格中超冷原子性質的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：侯淨敏
• 依託單位：東南大學

中文摘要

光晶格由於其高精度和高可控性而成為模擬研究凝聚態物理和量子信息處理的重要工具。非阿貝爾規範場由於其非對易性而具有豐富的物理。最近，光晶格作為研究非阿貝爾規範場物理研究的一個平台引起物理學家的關注。通過雷射輔助的方式可以在光晶格中產生中性原子能夠感受到人造非阿貝爾規範場。不過關於光晶格中非阿貝爾規範場物理的研究還在起步階段，許多值得關注的問題還沒有研究。鑒於上述原因，本項目致力於光晶格中非阿貝爾規範場物理的研究，具體研究內容如下：設計在光晶格中實現各種非阿貝爾規範場的實驗方案；研究非阿貝爾規範場下光晶格的Hofstadter能譜、整數量子霍爾效應和量子反常霍爾效應；研究非阿貝爾規範場下光晶格中強關聯原子系統性質，如分數量子霍爾效應。

結題摘要

冷原子光晶格是當今物理研究最為活躍的領域之一,它具有高度可控性和高精度等特點。基於這些優點，冷原子光晶格已經成為模擬研究凝聚態物理和量子信息處理的一個重要平台。由於各種條件限制，有些凝聚態理論模型無法在實際固體材料中實現，可以嘗試在冷原子光晶格實現這些系統並對其物理進行研究。非阿貝爾規範場在實際材料難以實現，但其非對易性使其具有豐富的物理。因此，本項目所致力於研究在冷原子光晶格中非阿貝爾規範導致的新奇物理現象。在項目執行期間，我們完成了如下研究：我們通過雷射輔助隧穿技術設計了實現具有隧穿伴隨相位的阿貝爾和非阿貝爾光晶格的實驗方案；我們在一個具有特殊隧穿伴隨相位的方形晶格中實現了拓撲狄拉克半金屬、2pi通量的拓撲半金屬、以及量子反常霍爾效應；我們在所研究的光晶格發現了一種新奇的隱藏對稱，這種隱藏對稱通常由分數平移、復共軛、子晶格交換、以及定域規範變換組成反么正複合對稱，並且我們發現此對稱對拓撲半金屬導帶和價帶的接觸點起到保護作用；我們發展了一種映射方法，可以把此類隱藏對稱進一步推廣，隱藏對稱可以隨參數演化，並解釋了光晶格中狄拉克點移動、合併以及湮滅，並且套用此方法我們找到了蜂巢型晶格中保護狄拉克點的隱藏對稱；我們在非阿貝爾方形光晶格中找到了一種由隱藏對稱保護的量子準自旋霍爾效應，即一種時間反演對稱破壞的二維Z2拓撲絕緣體，並提出了實驗方案；我們提出了一個具有特殊隧穿伴隨相位的立方晶格中實現有隱藏對稱保護的外爾半金屬，並對其中拓撲相變給出了完美的解釋。本項目取得研究成果使我們對由非阿貝爾規範導致隧穿伴隨相位形成有了新的認識，從而可以設計更多類型的光晶，在這些光晶格中實現一些在固體材料無法實現的拓撲相，並發現更多新奇的物理。通過本項目的研究我們還認識到了一類隱藏對稱的普通存在，以及它們的對某些特殊拓撲相的作用和意義。