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我首次模拟出尚未观测到的三维手性拓扑绝缘体

作者: 吴长锋   文章来源:科技日报   发表时间:2020-07-31    点击量:

 

记者从中国科学技术大学获悉,该校杜江峰、王亚等人与理论合作者北京大学刘雄军等合作,利用量子淬火动力学在实验上模拟了凝聚态体系中尚未观测到的三维手性拓扑绝缘体,并第一次对体内和表面的拓扑物理进行了全面的实验研究。该研究成果日前发表在近期的《物理评论快报》上。

凝聚态体系中拓扑物相的发现革新了对量子物质基本相认识。在过去的十多年里,人们在寻找新奇拓扑物质方面取得了大量突破,发现了诸多新的拓扑相,如量子霍尔效应、对称保护的拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导体等。尽管如此,在理论预言的众多拓扑相中,目前仍只有很小的一部分在凝聚态实验中被观察到。量子模拟作为一种前沿的技术,可以超越真实体系所受的限制,为探索和研究各种奇异的量子物相提供了一种强有力的手段。

科研人员在金刚石NV色心量子模拟器上,精确调控三维手性拓扑绝缘体在动量空间中的哈密顿量,利用量子态的动力学演化来表征哈密顿量,从而实现拓扑物相的动力学表征。实验结果不仅进一步支持了理论方法在向高维拓扑体系拓展的适用性,也观察到了对称性对拓扑相的保护、拓扑荷图像、以及衍生拓扑转变等一系列物理现象,加深了动力学拓扑物相研究的理解,为更广泛的拓扑物相的研究打下了基础。

实验中使用的金刚石固态单自旋体系因其在室温下就易于初始化、操控和读出,在实现固态量子计算、量子模拟和量子精密测量等研究中具有很好的应用前景。未来通过进一步发展与提升金刚石单自旋样品的性能、调控技术和单次读出探测技术等,有望推进金刚石单自旋体系在量子信息领域产生更广泛的应用。