由国家自然科学研究所 无花果
一个
类金属量子气体示意图
信用:NINS/国际监测系统 凝聚态物质的电子性质通常是由动能和局域化电子-电子相互作用之间的复杂竞争决定的，动能的目的是使电子波函数在晶格上重叠和离域
相比之下，气相的特征是价电子紧紧围绕离子原子核心，处于能量明确的离散量子态
作为这两种情况的奇特混合体，人们可能会想知道，当孤立原子的气体突然被激发到电子波函数在空间上重叠的状态时，会产生哪种物质状态，就像在固体中一样？ 然而，迄今为止，这样一个奇异的物质阶段在原则上是不可能创造出来的
在这里，日本国家自然科学研究院分子科学研究所的大森贤治教授和他的同事们已经实现了这样一种奇特的混合体，在超冷原子的人造微晶体中，通过超快激光激发，仅在10皮秒内相干地产生重叠的高电子(里德伯)波函数
空间重叠的程度以接近50纳米的精度和准确度被主动调节
这种奇异的类似金属的量子气体在精确的控制下长时间存在，在纳秒内衰减，为模拟库仑相互作用主导的超快多体电子动力学开辟了一个全新的多体物理领域
实验是在气相中用30，000个铷原子进行的
通过激光/蒸发冷却将其冷却至绝对零度以上1开尔文的百万分之一以下的温度
那些处于能量最低量子态的超冷原子，被称为玻色-爱因斯坦凝聚体，被加载到由反向传播的激光束形成的光阱立方晶格中，产生了由30，000个原子组成的人造微晶，其最近邻距离为0
5微米
用脉冲宽度为10皮秒的超短激光脉冲照射这种几十微米大小的微晶
然后观察到，限制在每个相邻原子中的电子被激发到其巨大的电子轨道(里德堡轨道)，因此它们在空间上相互重叠
通过改变选择轨道的激光频率，以接近50纳米的精度精确地控制重叠的程度
用类金属量子气体组装的新量子模拟器示意图，用于模拟库仑相互作用支配的多体电子
信用:NINS/国际监测系统 当这些松散束缚的电子的轨道相互重叠，原子开始共享它们的轨道时，它们就进入了一个新的类似金属的量子气体状态
教授
因此，Ohmori和他的同事首次创造了一种类似金属的量子气体
这种奇异的物质相有望成为库仑相互作用主导的超快多体电子动力学量子模拟的开创性平台，这将增强我们对包括超导性和磁性在内的物质物理性质的理解，并有助于新功能材料开发中的突破性创新
这项研究发表在《物理评论快报》上
图的视频版本
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用类金属量子气体组装的新量子模拟器示意图，用于模拟库仑相互作用支配的多体电子
荣誉:NINS/国际监测系统公司和滨松光子公司
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