Hiệu ứng Hall lượng tử 4D trong phòng thí nghiệm

Tính chất của một vật liệu 4D giả thuyết đã được mô phỏng trong các thí nghiệm của hai đội vật lí quốc tế. Một đội sử dụng ánh sáng để giả lập hiệu ứng Hall lượng tử (QHE) 4D, còn đội kia thực hiện nó với các nguyên tử cực lạnh.

Hiệu ứng Hall lượng tử từng là đề tài của một số giải Nobel và nó xảy ra ở những lớp dẫn điện rất mỏng về cơ bản có bản chất 2D. Khi những vật liệu như thế được làm lạnh xuống gần không độ tuyệt đối và chịu một từ trường mạnh, sự dẫn điện của nó bị lượng tử hóa và chỉ có thể biến thiên theo những bước rời rạc. QHE là một tính chất chung của các chất dẫn điện 2D và có thể nhìn thấy ở nhiều vật liệu đa dạng – thậm chí khi các mẩu chất bị mất trật tự.

Trong khi QHE không xảy ra ở các vật liệu 3D, thì vào năm 2001 các nhà vật lí dự đoán nó cũng có thể xảy ra trong các hệ có bốn chiều không gian. Nhưng tự nhiên chỉ có ba chiều không gian, cho nên ý tưởng QHE 4D chỉ là một cái mới trên lí thuyết mà thôi – mãi cho đến bây giờ.

Hình minh họa ánh sáng truyền qua ma trận dẫn sóng 2D

Hình minh họa ánh sáng truyền qua ma trận dẫn sóng 2D do nhóm Mikael Rechtsman tạo ra. Ảnh: Phòng thí nghiệm Rechtsman, ĐH Pennsylvania

Mikael Rechtsman tại Đại học quốc gia Pennsylvania và các đồng sự đã xây dựng hệ QHE 4D của họ từ một ma trận 2D của các bộ dẫn sóng quang học. Bộ dẫn sóng là những ống không gian kín được khắc qua một miếng thủy tinh bằng một laser mạnh (xem hình). Bằng cách thận trọng bố trí các bộ dẫn sóng thành ma trận, đội đã tạo ra “các chiều tổng hợp” bổ sung giả lập một vật liệu 4D.

Trong hệ của họ, ánh sáng giữ vai trò của dòng điện và đội đã chứng minh được rằng sự truyền ánh sáng qua mạng giống hệt như cái xảy ra trong một hệ QHE 4D.

Trong khi đó, tại Viện Quang học Lượng tử Max Planck ở Munich, Immanuel Bloch và các đồng sự tạo ra các chiều tổng hợp giống như vậy bằng cách sử dụng một ma trận 2D của các nguyên tử cực lạnh bị bẫy bằng các chùm laser giao nhau. Đội của Bloch bắt đầu với một ma trận vuông đồng đều của các nguyên tử. Sau đó họ bật các chùm laser bổ sung trong mặt phẳng ma trận, chúng nằm lệch ngoài trục đối xứng của ma trận. Cách này tạo ra một siêu mạng phức tạp trong đó các nguyên tử chuyển động như được mô tả bởi QHE 4D.

Cả hai đội đều có sự tham gia của Oded Zibelberg thuộc trường ETH Zurich, người đã phát triển cơ sở lí thuyết cho việc tạo ra một hệ QHE 4D trong những hệ 2D đặc biệt.

Rechtsman tin rằng các mô phỏng QHE 4D không đơn giản chỉ là sự hiếu kì bí ẩn mà chúng còn có thể có ứng dụng thực tiễn. Ông cho biết rằng giả tinh thể - những vật liệu là tinh thể nhưng không có các ô đơn vị lặp lại – có thể có “các chiều ẩn náu”. Theo ông, cấu trúc của chúng “có thể được hiểu là các hình chiếu từ không gian cao chiều hơn sang một thế giới thực 3D.” Ông còn nói nền vật lí cao chiều hơn này có thể hình thành cơ sở cho những loại dụng cụ quang lượng tử mới.

Các mô phỏng QHE 4D được mô tả trong hai bài báo đăng trên tạp chí Nature.

Nguồn: physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Các bài khác


Tesla vs Edison: những bài học từ cuộc chiến AC/DC
20/08/2018
James McKenzie (Physics World, tháng 8/2018) Trong bài, James McKenzie làm sáng tỏ những điều chúng ta có thể học được từ “cuộc
Phi thuyền Parker của NASA sẽ ‘chạm’ đến Mặt Trời
15/08/2018
NASA vừa phóng một phi thuyền lên nghiên cứu khí quyển Mặt Trời và gió mặt trời. Tàu vũ trụ Parker Solar Probe đã cất cánh
Ngưng tụ Bose-Einstein
07/08/2018
Trong số năm trạng thái mà vật chất có thể tồn tại, có lẽ ngưng tụ Bose-Einstein là trạng thái bí ẩn nhất. Trong khi thể
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 16)
31/07/2018
Các lớp vỏ con electron Theo phương trình đã nêu ở phần trước thì các electron thuộc cùng một lớp vỏ có năng lượng y hệt
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 15)
30/07/2018
Tính các mức năng lượng Khi phân tích quang phổ, các nhà vật lí thường phải tính các mức năng lượng gần đúng của electron
Lỗ đen thật ra có thể là lỗ sâu đục đang va chạm
14/07/2018
Khi hai lỗ sâu đục va chạm nhau, chúng tạo ra những gợn lăn tăn trong không-thời gian lan tỏa ra mọi phía. Theo một nghiên cứu
Phải chăng các nhà thiên văn đã tìm thấy khối lượng mất tích của vũ trụ?
10/07/2018
Vào thập niên 1960, các nhà thiên văn bắt đầu để ý thấy Vũ trụ dường như thiếu mất một phần khối lượng. Giữa các quan
Vì sao một số vết nứt đẩy nhau ra?
22/06/2018
Một nghiên cứu lí thuyết về sự lan truyền vết nứt đem lại một lời giải thích cho sự đẩy nhau mà người ta quan sát thấy

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com