Et nyt beat i kvantestof

Oscillerende adfærd er allestedsnærværende i naturen, lige fra planeternes kredsløb til den periodiske bevægelse af et sving. I rene krystallinske systemer, præsenterer en perfekt rumligt-periodisk struktur, kvantefysikkens grundlæggende love forudsiger en bemærkelsesværdig og kontraintuitiv oscillerende adfærd:når de udsættes for en svag elektrisk kraft, elektronerne i materialet undergår ikke en nettodrift, men hellere svinge i rummet, et fænomen kendt som Bloch-oscillationer. Ultrakolde atomer nedsænket i en lys krystal, også kendt som optiske gitter, er et af de mange systemer, hvor Bloch-oscillationer er blevet observeret.

Generelt, partiklernes bevægelse påvirkes af tilstedeværelsen af ​​kræfter, som dem, der genereres af elektromagnetiske felter. I visse krystaller, Emergente felter, der minder om elektromagnetiske felter, kan også eksistere som en iboende egenskab ved materialet, og de kan potentielt påvirke Bloch-oscillationer. Fra et matematisk synspunkt, disse indre felter kan antage forskellige former. Af særlig interesse er de felter repræsenteret af matematiske størrelser, der ikke pendler, nemlig hvor produktet 'a x b' ikke er lig med 'b x a'. Disse matematiske størrelser, og de tilsvarende fysiske egenskaber, kaldes almindeligvis "ikke-abelske". I naturen, generaliserede ikke-abelske styrker er nødvendige for at beskrive de svage eller stærke kernekræfter, hvorimod elektromagnetisme er mere enkelt beskrevet af Abelske (pendlere).

Skriver ind Naturkommunikation , M. Di Liberto, N. Goldman og G. Palumbo (Videnskabeligt Fakultet, ULB) viser, at iboende ikke-abelske felter kan generere en ny type Bloch-oscillationer i krystaller. Dette eksotiske oscillerende fænomen er karakteriseret ved en multiplikation af oscillationsperioden, sammenlignet med den fundamentale periode sat af krystalgeometrien. Denne multiplikationsfaktor har en dybtgående oprindelse, da det stammer fra krystallens symmetri og kan tilskrives en topologisk invariant (en numerisk størrelse, der er robust under små deformationer af krystallen). Desuden, Disse eksotiske Bloch-oscillationer er vist at være perfekt synkroniseret med et slag af interne tilstande i krystallen. Dette arbejde kaster nyt lys over topologisk kvantestof med ikke-abelske egenskaber.