量子光学:エッジモードの概要:トポロジカル境界で生じる特異な状態を観測し操作した。(Quantum optics: A glance at edge modes:An international team from LMU and the Max-Planck Institute for Quantum Optics now observed and manipulated the peculiar states emerging at topological boundaries.)

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2024-06-10 ミュンヘン大学(LMU)

トポロジー材料は、境界に沿った散逸のない輸送を可能にするエッジモードを持ちます。これらのモードは結晶の不完全さやシステムの小さな変動に対してトポロジー的に保護されています。LMUとマックスプランク量子光学研究所の国際チームは、冷却原子を使ってこれらのエッジモードを観察し操作しました。実験では、中性カリウム原子を超低温で冷却し、レーザー光で作られたハニカム格子に閉じ込めました。格子の強度を変調してトポロジー的なエネルギーバンドを形成し、特定の領域にレーザービームを照射してエッジモードを観察しました。この実験は、固体物理では得られない制御を可能にし、トポロジー相の新たな研究を促進します。

<関連情報>

超低温原子によるトポロジカルエッジモードの実空間検出と操作 Real-space detection and manipulation of topological edge modes with ultracold atoms

Christoph Braun,Raphaël Saint-Jalm,Alexander Hesse,Johannes Arceri,Immanuel Bloch & Monika Aidelsburger
Nature Physics  Published:10 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-024-02506-z

量子光学:エッジモードの概要:トポロジカル境界で生じる特異な状態を観測し操作した。(Quantum optics: A glance at edge modes:An international team from LMU and the Max-Planck Institute for Quantum Optics now observed and manipulated the peculiar states emerging at topological boundaries.)

Abstract

The bulk–boundary correspondence, a fundamental principle relating the topological invariants of the bulk to the presence of edge states, is modified in periodically driven systems. Conventional bulk topological invariants are insufficient to predict the existence of topological edge modes in such systems. Although ultracold atoms provide excellent settings for clean realizations of Floquet protocols, the observation of real-space edge modes has so far remained elusive. Here we demonstrate an experimental protocol for realizing chiral edge modes in optical lattices through the periodic modulation of the tunnelling rate between neighbouring sites. In particular, we show how to efficiently prepare particles in edge modes in three distinct Floquet topological regimes in a periodically driven honeycomb lattice. Controlling the height and amplitude of the potential step, we characterize the emergence of edge modes and the dependence of their group velocity on the sharpness of the potential step. Our direct observation of topological edge modes provides a tool to study topological phases of matter in the presence of disorder and interactions, where conventional bulk observables are not applicable.

1700応用理学一般
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