忘記超導體：生活在邊緣的電子可以釋放完美的能量

在適當?shù)那闆r下，可以通過繞過導體的邊界，將電子從導體深處的激烈通勤和高壓力流量中解放出來。在那里，他們可以毫不費力地以單向、無阻力的電流轉動圓圈。

雖然理論描述了這種“邊緣狀態(tài)”電子流背后的基本原理，但由于其微小、短暫的行為，充分理解它以開發(fā)可能利用其優(yōu)勢的應用程序已被證明是具有挑戰(zhàn)性的。

在一項新研究中，麻省理工學院 （MIT） 的研究人員使用一團超冷鈉原子來代替電子——實現(xiàn)了類似的邊緣態(tài)效應和物理效果，但規(guī)模和持續(xù)時間足夠長，使他們能夠詳細研究它。

“在我們的設置中，相同的物理現(xiàn)象發(fā)生在原子中，但發(fā)生在毫秒和微米內(nèi)，”說物理學家 Martin Zwierlein。

“這意味著我們可以拍攝圖像并觀察原子基本上永遠沿著系統(tǒng)的邊緣爬行?！?/p>

根據(jù)霍爾效應，當磁場垂直于電流時，就會產(chǎn)生電壓。有一個Quantum 版本這種效應也是如此，在平坦的 2D 空間中，電子相對于周圍的場以圓周運動。

當該 2D 表面是一類“拓撲”材料的塊的邊緣時，電子應該在精確的位置積累，并以量子物理學預測的量子化方式移動。盡管這種現(xiàn)象看起來很普遍，但將材料的特性與流動的速度和方向聯(lián)系起來遠非簡單。這些動作僅持續(xù)飛秒（千萬億秒），這使得正確研究它們幾乎是不可能的。

這項最新研究的設置不是研究電子，而是涉及大約 100 萬個鈉原子，使用激光穿梭到位，并還原到超冷狀態(tài)。然后操縱整個系統(tǒng)，使原子圍繞激光阱縮放。

這種自旋與作用于原子的其他物理力相結合，模擬了邊緣狀態(tài)的關鍵條件之一：a磁場.然后引入一圈激光作為材料的邊緣。

當原子撞擊光環(huán)時，它們沿直線和單個方向傳播，就像處于邊緣狀態(tài)的電子一樣。即使是研究人員引入的障礙物也無法使原子偏離它們的路線。

“你可以想象這些就像你在碗中快速旋轉的彈珠，它們只是在碗的邊緣不停地繞著。”說茲維爾萊因。

“沒有摩擦。沒有減速，也沒有原子泄漏或散射到系統(tǒng)的其余部分。只有美麗、連貫的流程。

研究人員能夠觀察到他們系統(tǒng)中的相互作用，這與之前對邊緣態(tài)的理論預測相匹配，這表明這些原子確實可以在這類研究中代替電子——盡管這是第一次這樣做，現(xiàn)在還為時過早。

量子霍爾效應等現(xiàn)象密切相關與超導性有關，以及更高效地傳輸電能且無熱量損失的想法。這些發(fā)現(xiàn)也可能有助于量子計算機和高級傳感器。

“這是對一個非常美麗的物理學的非常干凈的實現(xiàn)，我們可以直接展示這個優(yōu)勢的重要性和現(xiàn)實性?！?a>說來自麻省理工學院的物理學家理查德·弗萊徹 （Richard Fletcher）。

“現(xiàn)在一個自然的方向是向系統(tǒng)中引入更多的障礙和交互，在那里，事情變得更加不清楚會發(fā)生什么。”

該研究已發(fā)表在自然物理學.

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