原子有不同自旋？已在传输实验中，成果掌握对量子自旋的控制

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来源：互联网
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2020-01-14
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利用电荷中性原子可以做更出乎意料的事情之一是：用它们来模拟电子的基本行为。在过去的几年中，苏黎世联邦理工学院物理系量子电子研究所的Tilman Esslinger小组开创了一个平台，在这个平台中，被冷却到接近绝对零度的原子在势差驱动下通过一维和二维结构传输。通过这种方式，可以非常详细地研究介观电子系统中出现的定义现象，包括量化电导，其研究在发表在《物理评论快报》和《物理评论A》期刊上。

研究作者博士后Laura Corman、前博士生Martin Lebrat和Esslinger小组报告表明：已经在传输实验中掌握了对量子自旋的控制。研究小组向传输通道中添加了一束聚焦紧密的光束，这种光束诱导了相当于将原子暴露在强磁场中的局部相互作用。结果事故自旋态的简并性被提升，这反过来又成为有效自旋过滤器的基础：一个自旋取向的原子被排斥，而另一个取向的原子可以自由通过(见上图)。重要的是，即使施加额外的光场导致原子损失，这些耗散过程也不会破坏电导的量子化。

苏黎世联邦理工学院的研究人员在数值模拟中复制了这一实验发现，并通过扩展Landauer-Büttiker模型(量子传输的关键形式)来证实其有效性。Esslinger群所展示的原子自旋过滤器效率与电子系统的最佳等效元素效率相匹配。这一点，再加上冷原子平台的非凡清洁和可控性，为探索量子传输动力学开辟了令人兴奋的新视角。特别地，由于原子之间的相互作用可以被调谐，该平台提供了对强关联量子系统的自旋传输访问。这种机制很难在其他方面进行研究，但它具有相当大的基础和实际意义。

尤其是在自旋电子器件中的应用和探索物质的基本阶段。研究实现了量子点接触(QPC)中冷费米子原子的微观自旋滤波器，并在保持电导量子化同时产生完全自旋极化的电流。方案的关键是一个近谐振光镊子，在量子点接触内部诱导一个很大的有效塞曼位移，而局域特性限制了耗散。研究观察到这种移动的重整化是由于量子点接触中只有几个原子的相互作用。研究代表了实际自旋电子器件的模拟，并为研究自旋分裂与远离平衡相互作用铺平了道路。随着系统中引入耗散，量子传输的特征预计将迅速消失。

这种耗散可以采取几种形式，包括粒子损失的形式，其结果是总概率电流不守恒。研究了超冷原子量子点接触(QPC)时这种损耗的影响。实验上，耗散由近共振光镊提供，其功率和失谐控制不同内部原子态的损失率以及有效塞曼位移。通过在广泛的耗散率范围内将损失包含在Landauer-Büttiker形式对这种情况进行理论建模。发现测量结果和模型之间有很好的一致性，两者都具有稳健的电导平台。最后，可以通过改变量子点接触内近共振镊子的位置来绘制原子密度图，从而实现冷原子的耗散扫描门显微镜。