二維系統可研究四維物質物理特性

據每日科學網站近日報導， 一個國際科研團隊首次創建出一個二維實驗系統， 光子在其中的行為符合四維量子霍爾效應的理論預測。

新系統使科學家能研究理論上只存在於四維空間的物質的物理性質， 不僅有助於理解更高維空間， 也能幫他們研製出新奇的光子設備。

最新研究由來自美國賓夕法尼亞州立大學、匹茲堡大學、瑞士蘇黎世聯邦理工學院和以色列霍隆理工學院的科學家進行， 論文發表在最新出版的《自然》雜誌上。 此外， 一個德國科學家團隊也發表論文稱， 他們已證明， 同樣的機制能被用來使超冷原子氣體展示四維量子霍爾效應。

當帶電粒子在磁場作用下的二維平面中移動時， 會產生霍爾效應， 而當帶電粒子被冷卻到接近絕對零度並遭遇強磁場時， 它能導電的數量變得量子化——固定為某一自然常數且不能更改，

正如《自然》論文作者米凱爾·瑞克特思曼所說的， 這種“霍爾電導”會非常穩定。 儘管這種電導的量子化無法在普通三維物質內觀測到， 但2000年， 科學家通過理論證明， 能在四維空間觀測到這種霍爾量子效應。

為了給這種四維空間建模， 研究人員構建出波導陣列。 每個波導是一根“管子”， 研究人員使用強鐳射， 在高品質玻璃上刻出了這種“管子”， 很多此類波導被緊密地刻在單塊玻璃上， 由此形成了波導陣列。 研究人員使用最新技術將兩個人造維度編入波導複雜的幾何結構內， 創建出了擁有四個空間維度的二維系統。 隨後， 他們測量了光如何流過該設備， 結果發現， 光的行為與四維量子霍爾效應的預測精確吻合。

科學家指出，

最新研究和德國物理學家對超冷原子的觀測， 首次展示了高維量子霍爾物理學， 不僅有助高維物理學的研究， 也可用以研製新奇的光子設備。