Only Perception: 二團隊或能創造出展現 Hofstadter's butterfly 的系統

2013-10-31

二團隊或能創造出展現 Hofstadter's butterfly 的系統

Two teams use cold atoms and lasers to create a system that should exhibit Hofstadter's butterfly
http://phys.org/news/2013-10-teams-cold-atoms-lasers-hofstadter.html

By Bob Yirka, 2013.10.31

(Phys.org) -- 二個彼此獨立進行研究的團隊創造出預期能夠展現 Hofstadter excitations（霍夫斯達特激發，看起來像一隻蝴蝶）。其中一個團隊由德國慕尼黑大學與 Max Planck Institute 的領導研究者所主持，另一個則是 MIT 團隊。二者都在 Physical Review Letters 期刊上發表論文，詳述其近乎相同的系統與結果。

Hofstadter's butterfly, Source: Wikipedia

Hofstadter's butterfly 是一種理論性的碎形圖案（fractal pattern），率先由物理學家 Douglas Hofstadter 提出，時間可回溯至 1970 年代末期。他認為，存在於結晶固體中的電子，應產生一種類似蝴蝶的碎形圖案 -- 若它們暴露在極度強烈的磁場中的話。由於創造出這種磁場的種種方法不可行，因此到目前為止沒人能創造出一個像這樣的系統來觀察蝴蝶是否會出現，而其他幾種方法則使用其他材料，透過模仿此理論來建立系統。在最新嘗試中，這二個團隊均透過設置一套仿效 Hofstadter 所描述系統，以便賦予該理論公信力（give credence）。二個團隊均報告他們以某種方式來設置他們各自獨立的系統，他們認為那將導致「蝴蝶的創造」出現，不過，這二套系統皆尚未達到蝴蝶真正出現的程度。

在 Hofstadter 的理論裡，導致這種現象的電子應是存在於晶格中的電子，由於它們自然的自旋，當這個系統暴露在強烈磁場時，蝴蝶應該出現。

在這個新嘗試中，二個團隊都使用下列方式取代：以雷射使超冷的銣原子在光學晶格中排列，然後用其他雷射射擊原子，並導致它們自旋，在暴露於非常強烈的磁場時，模擬晶格中電子的自然運動。

如果這種技術最終得以成功，這些研究者相信，那將導致人們發展出模擬超強磁場的新方法（因為這種系統很容易調整），而這將導致新模型的創造，以幫助解決存在於這種狀況下的量子力學問題。

※ 相關報導：

＊ Realization of the Hofstadter Hamiltonian with Ultracold Atoms in Optical Lattices
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.185301

M. Aidelsburger, M. Atala, M. Lohse, J. T. Barreiro,
B. Paredes, and I. Bloch.
Phys. Rev. Lett. 111, 185301 (2013) [5 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.111.185301

＊ Realizing the Harper Hamiltonian with Laser-Assisted Tunneling in Optical Lattices
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.185302

Hirokazu Miyake, Georgios A. Siviloglou, Colin J. Kennedy,
William Cody Burton, and Wolfgang Ketterle.
Phys. Rev. Lett. 111, 185302 (2013) [5 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.111.185302