创造“密度波”量子物质的新方法 | Nature速递

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密度波(density wave, DW)是量子物质中的一种基本类型的长程有序(long-range order)，与自组织(self-organization)晶体结构相联系。尽管密度波已经在广泛的材料中被研究（如金属、绝缘体和超导体），但研究它们仍然极具挑战性；特别是当这种秩序（波的粒子的模式）与其他类型（如超流性）的组织共存时，它允许粒子无阻力流动。

密度波的图示
现在，因斯布鲁克大学、洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们已经发现了一种在原子气体中创造“密度波”的新方法。这一发现可能会使人们更好地理解量子物质的行为。

5月24日，研究成果以《具有光子介导的相互作用的单位费米气体中的密度波排序(Density-wave ordering in a unitary Fermi gas with photon-mediated interactions)》为题，发表在《自然》期刊上。

实验的概念
对于这一突破，EPFL的Jean-Philippe Brantut教授说：“冷原子气体在过去因能够对原子间的相互作用进行‘编程’而闻名。现在，我们的这项实验使这种能力加倍！”
为了研究这种相互作用，Brantut和他的同事们创造了一个 “单元费米气体(unitary Fermi gas)”：这是一种由锂原子组成的稀薄气体，已被冷却到难以置信的低温，其中的原子经常发生冲突。
科学家们接下来将这种气体放置在一个光腔中，这是一种将光长期限制在一个小区域的工具。两个面对面的镜子在它们之间无数次地来回反射入射光线，构成了光腔，它使光粒子或光子在光腔内积聚。
在这项研究中，研究人员运用空腔使费米气体的粒子在很远的距离上相互作用：无论它离第一个原子有多远，气体的第二个原子总是会吸收第一个原子的第一个发出的光子，并从它身上反弹到镜子上。当足够数量的光子被集体释放和重新吸收时，原子就会形成一个密度波模式：这在实验中很容易控制。

该系统的相图
“我们的平台补充了正在进行的腔体耦合强相关材料领域的研究。”实验团队表示。
Brantut说：“原子在费米气体中直接相互碰撞，同时在长距离上交换光子，这种组合是一种新型的物质，其相互作用是极端的。我们希望我们在那里看到的东西将提高我们对物理学中遇到的一些最复杂材料的理解。”
参考链接：[1]https://www.nature.com/articles/s41586-023-06018-3[2]https://www.eurasiareview.com/25052023-quantum-matter-breakthrough-tuning-density-waves/[3]https://www.techexplorist.com/new-way-create-crystalline-structure-called-density-wave/60586/

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