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　　央廣網(wǎng)北京10月12日消息 據(jù)中國之聲《新聞縱橫》報道，昨天，中國科學院舉行了一場新聞發(fā)布會，發(fā)布我國科學家潘建偉、劉雄軍、陳帥等在“超冷原子量子模擬領域”取得重大突破，相關成果發(fā)表在學術期刊《科學》上，業(yè)界評論其“對研究超越傳統(tǒng)凝聚態(tài)物理的奇異現(xiàn)象具有重大潛力”。

　　聽起來非常專業(yè)。在發(fā)布會上，研究者們說，他們的工作僅是打開一扇門。那么這究竟是一扇怎樣的門呢？

　　本次發(fā)布的成果，是中國科學家團隊在國際上首次理論提出并實驗實現(xiàn)超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測定了由自旋軌道耦合導致的新奇拓撲量子物性。這一關鍵突破將對新奇拓撲量子物態(tài)的研究帶來重大影響，進而推動人們對物質世界的深入理解。研究團隊成員、中國科學院院士潘建偉介紹，為什么自旋軌道耦合這么重要？其實目前多種基本物理現(xiàn)象和新奇量子物態(tài)，包括自旋電子學、拓撲絕緣體等都是自旋軌道耦合緊密聯(lián)系在一起。一個帶電粒子在電磁場中運動，其中最重要的效應之一就是自旋軌道耦合，有自旋軌道耦合之后，就會產(chǎn)生很多新奇的現(xiàn)象。

　　然而，由于普遍存在難以控制的復雜環(huán)境，很多重要的新奇物理難以在固體材料中做精確研究。利用超冷原子實現(xiàn)人工自旋軌道耦合，并研究新奇量子物態(tài)已成為超冷原子模擬量子領域最重大的前沿課題之一。潘建偉指出：冷原子環(huán)境干凈，高度可控，就可以按照你的需要來看這個現(xiàn)象，因為平時有的東西很亂、背景也比較臟，做起來是非常困難的。現(xiàn)在提供了一種非常好的手段、而且是可控的手段來研究前面這些現(xiàn)象。

　　冷原子其實并不冷，在學術界，它很熱。比如華裔科學家朱棣文開創(chuàng)激光冷卻并捕捉原子，由此在1997年獲得諾貝爾物理學獎。而超冷原子是指原子的溫度接近絕對零度，也就是零下273.15攝氏度，這時將出現(xiàn)玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)，也就是原本狀態(tài)不同的原子凝聚到同一狀態(tài)。2001年諾貝爾物理學獎就授予了首次從實驗上實現(xiàn)玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)的科學家。

　　潘建偉教授說，冷原子具有環(huán)境干凈、高度可控等重要特性。過去五年間，科學家們已在冷原子上進行一維人工自旋軌道耦合實驗，并取得系列成果。北京大學教授劉雄軍用通俗的比喻解釋說：“原子自旋相當于地球的自轉，軌道運動相當于地球公轉。”“耦合”即相互作用。人們發(fā)現(xiàn)，原子自旋軌道耦合導致出現(xiàn)多種基本物理現(xiàn)象和新奇量子物態(tài)，衍生出自旋電子學、拓撲絕緣體、拓撲超導體等前沿領域。

　　在超冷原子中實現(xiàn)高維自旋軌道耦合在理論和實驗上都是極具挑戰(zhàn)性的問題。北京大學劉雄軍理論小組提出了所謂的拉曼光晶格量子系統(tǒng)。基于這一理論方案，中國科學技術大學潘建偉、陳帥和鄧友金等組成的實驗小組成功地構造了拉曼光晶格量子系統(tǒng)，合成二維自旋軌道耦合的玻色－愛因斯坦凝聚體。進一步研究發(fā)現(xiàn)，合成的自旋軌道耦合和能帶拓撲具有高度可調控性。

　　潘建偉表示，中性原子能夠讓它通過某種東西的相互作用，讓它感受到跟電子在電子場中同樣的力，那不就相當于帶電一樣嗎，所以用兩束激光往同一原子一照，讓原子運動的方程和電子在電磁場中運動的方程是一樣的，規(guī)則是一樣的就可以了。在傳統(tǒng)的體系里很難控制，就用超冷原子來代替，方程是一樣的。

　　這一成果顯示我國在超冷原子量子模擬相關研究方向上已走在國際最前列。為超冷原子量子模擬開辟了一條新道路。在此基礎上，可以研究全新的拓撲物理，包括固體系統(tǒng)中難以觀察到的玻色子拓撲效應等。潘建偉指出，一開始希望不要一開始就離理論太遠，“先把一些理論方程很清楚的、可以看到的有趣現(xiàn)象觀察到，接下來可能繼續(xù)往前拓展，把實驗發(fā)展得更精細；另外一條路，因為實驗目的是為了通過這個來研究、做一些本來做不了的東西，所以會建另外一個系統(tǒng)，加上去之后理論家算不動了，就再在實驗上進行研究，可能會尋找一些意外的東西。