Topologie bezeichnet die Gesamteigenschaft, die trotz ständiger lokaler Änderungen unverändert bleibt. Eine Kaffeetasse und ein Donut sind für Mathematiker nicht anders, weil sie die gleiche topologische Ladung haben. Materialien mit unterschiedlichen topologischen Ladungen zeigen unterschiedliche Eigenschaften. Die Erforschung von Phasenübergängen zwischen verschiedenen topologischen Zuständen eröffnet Perspektiven für neuartige Materialien und neue Physik.
Kürzlich beobachtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Du Jiangfeng, Prof. Lin Yiheng und Prof. Luo Xiwang von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinese Academy of Sciences (CAS) experimentell die Phasenübergänge zwischen Triply entartete Punkte (TDPs) mit unterschiedlichen topologischen Ladungen durch hochgradig kontrollierbare Quantensimulationen. Die Studie wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Überprüfung.
Die Forscher führten Quantensimulationen topologischer Phasenübergänge zwischen TDPs in fermionischen Systemen durch. Durch ein auf drei Ebenen eingefangenes Be+-Ion, das durch Verhältnisfrequenz und Mikrowellenfelder angetrieben wird, wird ein Spin-1-Quantenzustand erhalten. Durch Abstimmung der Spin-Tensor-Impuls-Kopplungsstärken beobachteten die Forscher die topologischen Phasenübergänge der Quantenzustände und beleuchteten die wichtige Rolle, die die Spin-Tensoren spielen.
Während des Baus der mehrstufigen Systeme mit eingeschlossenen Ionen entwickelte das Forschungsteam verschiedene Technologien, um die High-Spin-Physik zu untersuchen. Sie verlängerten die Kohärenzzeit um eine Größenordnung durch dynamische Entkopplung. Darüber hinaus realisierten sie durch analytische Modelle schnelle Quantenkontrolltechniken an einem System mit gefangenen Ionen auf vier Ebenen. Diese bisherigen Bemühungen legten den Grundstein für die aktuelle Forschung.
Die Studie ebnete den Weg für die zukünftige Erforschung neuartiger topologischer Phänomene. Der Gutachter lobte dies sehr und stellte fest, dass „…wichtigerweise die Spin-Tensor-Impuls-Kopplung für Spin-1-Systeme erzeugt werden könnte und faszinierende Quantenphänomene hervorrufen könnte, die sich von Spin-1/2-Systemen unterscheiden. Diese Arbeit ist von Interesse und Bedeutung.“
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Mengxiang Zhang et al, Beobachtung von Spin-Tensor-induzierten topologischen Phasenübergängen dreifach entarteter Punkte mit einem eingefangenen Ion, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.250501
Bereitgestellt von der University of Science and Technology of China