忘记超导体：生活在边缘的电子可以释放完美的能量

在适当的情况下，可以通过绕过导体的边界，将电子从导体深处的激烈通勤和高压力流量中解放出来。在那里，他们可以毫不费力地以单向、无阻力的电流转动圆圈。

虽然理论描述了这种“边缘状态”电子流背后的基本原理，但由于其微小、短暂的行为，充分理解它以开发可能利用其优势的应用程序已被证明是具有挑战性的。

在一项新研究中，麻省理工学院 （MIT） 的研究人员使用一团超冷钠原子来代替电子——实现了类似的边缘态效应和物理效果，但规模和持续时间足够长，使他们能够详细研究它。

“在我们的设置中，相同的物理现象发生在原子中，但发生在毫秒和微米内，”说物理学家 Martin Zwierlein。

“这意味着我们可以拍摄图像并观察原子基本上永远沿着系统的边缘爬行。”

根据霍尔效应，当磁场垂直于电流时，就会产生电压。有一个Quantum 版本这种效应也是如此，在平坦的 2D 空间中，电子相对于周围的场以圆周运动。

当该 2D 表面是一类“拓扑”材料的块的边缘时，电子应该在精确的位置积累，并以量子物理学预测的量子化方式移动。尽管这种现象看起来很普遍，但将材料的特性与流动的速度和方向联系起来远非简单。这些动作仅持续飞秒（千万亿秒），这使得正确研究它们几乎是不可能的。

这项最新研究的设置不是研究电子，而是涉及大约 100 万个钠原子，使用激光穿梭到位，并还原到超冷状态。然后操纵整个系统，使原子围绕激光阱缩放。

这种自旋与作用于原子的其他物理力相结合，模拟了边缘状态的关键条件之一：a磁场.然后引入一圈激光作为材料的边缘。

当原子撞击光环时，它们沿直线和单个方向传播，就像处于边缘状态的电子一样。即使是研究人员引入的障碍物也无法使原子偏离它们的路线。

“你可以想象这些就像你在碗中快速旋转的弹珠，它们只是在碗的边缘不停地绕着。”说兹维尔莱因。

“没有摩擦。没有减速，也没有原子泄漏或散射到系统的其余部分。只有美丽、连贯的流程。

研究人员能够观察到他们系统中的相互作用，这与之前对边缘态的理论预测相匹配，这表明这些原子确实可以在这类研究中代替电子——尽管这是第一次这样做，现在还为时过早。

量子霍尔效应等现象密切相关与超导性有关，以及更高效地传输电能且无热量损失的想法。这些发现也可能有助于量子计算机和高级传感器。

“这是对一个非常美丽的物理学的非常干净的实现，我们可以直接展示这个优势的重要性和现实性。”说来自麻省理工学院的物理学家理查德·弗莱彻 （Richard Fletcher）。

“现在一个自然的方向是向系统中引入更多的障碍和交互，在那里，事情变得更加不清楚会发生什么。”

该研究已发表在自然物理学.

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