超冷原子体系首次实现抱负外尔半金属态

科技日报合肥4月19日电（记者 吴长锋）记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、陈帅等与北京大学刘雄军等合作，在国际上首次操作超冷原子体系实现了三维自旋轨道耦合，并构造出有且仅有一对外尔点的抱负外尔半金属能带布局。研究成就于4月16日以研究长文形式颁发在国际学术期刊《科学》杂志上，同时还专门配发了评论文章。

外尔半金属是一类重要的拓扑物态，它是一种拓扑磁单极子，且总是成对呈现，最早于1929年由德国科学家赫尔曼·外尔提出。有且仅有两个外尔点的外尔半金属—抱负外尔半金属，是外尔半金属“家族”中最为根本的一员，但这种仅有两个外尔点的外尔半金属尚未实现。

通过超冷原子研究拓扑量子物态，目前是量子模拟范围中一个活跃的偏向，也一直是超冷原子量子模拟范围的重大挑战。尝试上面临两个技术难题，一是怎样把二维形式的拉曼耦合拓展到三维布局；二是怎样操作传统的二维成像进行三维动量空间的探测。为此，科研人员设计了巧妙的光路，通过将光晶格“旋转”45°，并将相位锁定，准确构造出理论方案中三维布局的拉曼势，合成三维自旋轨道耦合，同时通过调理尝试参量，合成了有且仅有两个外尔点的能带布局。别的，研究人员操作体系的对称性，通过再重构出三维动量空间的自旋纹理，找到外尔点；随后操作量子淬火动力学提取出该平面能带的拓扑特征，进而确定外尔点的位置。两种办法互相佐证，印证了抱负外尔半金属能带的实现。

《科学》杂志的审稿人对这一工作给以高度评价：“为冷原子体系研究外尔物理中的新奇现象打开了新的偏向”、“是范围中的重要进展，并为冷原子研究提供了新的东西”等。这项研究成就还可以推广到费米子体系，开展强关联拓扑物理的研究，有望极大敦促量子模拟范围的成长。