Observation af kvantiseret opvarmning i kvantemateriale

At ryste et fysisk system opvarmer det typisk, på den måde, at systemet løbende absorberer energi. Når man overvejer et cirkulært rystemønster, mængden af ​​energi, der absorberes, kan potentielt afhænge af orienteringen af ​​det cirkulære drev (med uret/mod uret), et generelt fænomen kendt som cirkulær dikroisme.

I 2017, Nathan Goldman (ULB, Bruxelles), Peter Zoller (IQOQI, Innsbruck) og kolleger forudsagde, at cirkulær dikroisme kan kvantificeres i kvantesystemer (opvarmning begrænses derefter af strenge heltal), der danner en "topologisk tilstand". Ifølge denne teoretiske forudsigelse, kvantiseringen af ​​energiabsorption ved cirkulær kørsel kan direkte relateres til topologi, et grundlæggende matematisk begreb, der kendetegner disse spændende materiestater.

Skriver ind Naturfysik , den eksperimentelle gruppe af Klaus Sengstock og Christof Weitenberg (Hamborg), i samarbejde med teamet af Nathan Goldman, rapporterer om den første observation af kvantiseret cirkulær dikroisme. Efter Goldmans teoretiske forslag, Zoller et al., eksperimentelisterne indså en topologisk tilstand ved hjælp af en ultrakold atomgas udsat for laserlys, og studerede dets varmeegenskaber ved cirkulær omrystning af gassen. Ved fint at overvåge opvarmningshastighederne i deres system, til en bred vifte af kørefrekvenser, de var i stand til at validere kvantiseringsloven forudsagt af Goldman, Zoller et al. i 2017, i overensstemmelse med den underliggende topologiske tilstand realiseret i laboratoriet.

Udover skønheden i dette fænomen, som forbinder varmeprocesser med topologi gennem en elegant kvantiseringslov, resultaterne rapporteret i dette arbejde betegner varmemålinger som en kraftfuld og universel sonde for eksotiske tilstande.