Realisasi pertama dari keadaan Laughlin

Atom ultradingin yang dimanipulasi oleh laser menyadari keadaan Laughlin, cairan kuantum aneh di mana setiap atom menari di sekitar kerabatnya. Kredit: Nathan Goldman

Penemuan efek balai kuantum selama tahun 1980-an mengungkapkan bentuk-bentuk materi baru yang disebut “negara-negara Laughlin,” dinamai menurut peraih Nobel Amerika yang berhasil membedakannya secara teoretis.

Keadaan aneh ini muncul secara unik dalam material 2D, dalam kondisi yang sangat dingin, dan saat terkena medan magnet yang sangat kuat. Dalam kasus Laughlin, elektron membentuk cairan yang tidak biasa, di mana setiap elektron menari di sekitar kerabatnya sambil menghindarinya sebanyak mungkin.

Eksitasi cairan kuantum semacam itu menghasilkan keadaan kolektif yang diasosiasikan fisikawan dengan partikel hantu, yang sifatnya sangat berbeda dari elektron: “ion” ini membawa muatan fraksional (bagian dari muatan elementer) dan secara mengejutkan menentang klasifikasi standar partikel dalam hal boson atau fermion.

Selama bertahun-tahun, fisikawan telah mengeksplorasi kemungkinan mewujudkan keadaan Laughlin dalam jenis sistem lain selain yang disediakan oleh bahan padat, mengingat analisis lebih lanjut dari sifat khusus mereka. Namun, komponen yang diperlukan (sifat sistem dua dimensi, medan magnet yang kuat, dan korelasi antar partikel yang kuat) terbukti sangat menantang.

Menulis alamSebuah tim internasional yang berkumpul di sekitar kelompok eksperimen Marcus Grenier di Harvard melaporkan realisasi pertama negara bagian Laughlin menggunakan atom netral yang sangat dingin yang dimanipulasi oleh laser.

Eksperimen terdiri dari menjebak beberapa atom dalam kotak optik, dan menerapkan bahan-bahan yang diperlukan untuk menciptakan keadaan aneh ini: medan magnet sintetik yang kuat dan interaksi tolak-menolak yang kuat di antara atom-atom.

Dalam artikel mereka, penulis mengungkapkan sifat-sifat yang menentukan keadaan Laughlin dengan mencitrakan atom satu per satu melalui mikroskop gas kuantum yang kuat. Mereka menunjukkan “tarian” partikel yang aneh, yang mengorbit satu sama lain, serta sifat parsial dari keadaan atom Laughlin yang terwujud.

Tonggak sejarah ini membuka pintu ke bidang baru yang luas untuk menjelajahi negara bagian Laughlin dan sepupunya (misalnya, yang disebut negara bagian Moore-Read) dalam simulasi kuantum. Kemungkinan untuk membuat, mencitrakan, dan memanipulasi permata apa pun di bawah mikroskop gas kuantum sangat menarik, mengingat eksploitasi sifat uniknya di laboratorium.

Referensi: “Mencapai Keadaan Balai Kuantum Pecahan dengan Atom yang Sangat Dingin” Oleh Julian Leonard, Suchin Kim, Joyce Cowan, Perrin Segura, Fabian Grosdt, Cecil Replin, Nathan Goldman dan Marcus Grenier, 21 Juni 2023, Tersedia Di Sini. alam.
DOI: 10.1038/s41586-023-06122-4