Acoplamiento spin-órbita inducida por láser en los átomos ultrafríos se puede ajustar, en contraste con el acoplamiento spin-órbita fija en materiales como aislantes topológicos.
K. Jiménez-García et al. , Phys. Rev. Lett. (2015)
Spin-órbita de acoplamiento-la interacción del movimiento de una partícula con su spin-por lo general surge de electrones orbitando un átomo o en movimiento a través de una red cristalina.Pero también puede ser "diseñado" en gases atómicos fríos golpeando los átomos con rayos láser. Ahora, los investigadores han demostrado cómo este acoplamiento spin-órbita atómica puede ser sintonizado en tiempo real mediante la variación de las propiedades láser.
Un factor clave del interés actual en el acoplamiento spin-órbita se deriva de aislantes topológicos, en el que la interacción spin-órbita conduce a propiedades únicas, tales como altamente conductor estados superficiales o estados similares a las partículas que la auto-aniquilan (llamados "fermiones de Majorana "). Los físicos les gustaría explorar estas conductas mediante la variación de parámetros clave del acoplamiento, pero no existen botones de control spin-órbita en materiales. Sistemas atómicos, por el contrario, ofrecen una mayor libertad desde el acoplamiento se crea artificialmente.
Karina Jiménez-García, del Instituto Quantum conjunta en Gaithersburg, Maryland, y sus colegas prepararon ultrafríos átomos de rubidio en uno de dos estados de espín. Para inducir de acoplamiento spin-órbita, los investigadores expusieron los átomos a un par de haces de láser cruzados. Las frecuencias láser y polarizaciones son elegidos para dar un saque de impulso a los átomos, pero la dirección de la patada depende de espín de los átomos. En experimentos anteriores, este acoplamiento spin-órbita atómica ha sido fijado por el ángulo con el que el láser se cruzan entre sí. Pero Spielman y sus colegas demostraron que podían sintonizar el acoplamiento mediante la variación de la intensidad y la fase de los dos láseres. Ellos verifican este control mediante la medición de la magnitud del rebote impulso con mediciones de tiempo de vuelo. Ser capaz de ajustar el acoplamiento spin-órbita debería permitir a los científicos explorar el surgimiento de aislantes topológicos y otros de los llamados fases topológicas de la materia, como fraccionarios estados Hall cuántico.
Esta investigación se ha publicado en Physical Review Letters .
