物理專業幸福了：新型非平衡多體物理實驗台

電子在物質中的行為通常很難預測。新的見解來自於由ETH物理學家領導一個研究小組所做的實驗和模擬，他們研究了一個一維量子線的電子傳輸特性，其中包含一個介觀晶格。例如材料是否為金屬或絕緣體取決於一系列微觀細節，包括電子之間相互作用的強度、雜質的存在以及電荷載體能夠傳播的維數。這種複雜性使得對固態系統中電子特性的預測具有很高的挑戰性。

在一維的周期勢中，由一個Toblerone bar的痕迹表示，如果恰好有兩個電子(圖中是成對的gummy bears)，就沒有自由的電子流，因為泡利不相容原理。令人驚訝的是一種類似的絕緣行為可以用超古老的費米原子相互吸引，從而形成一種所謂的潤滑油液體。圖片版權：Esslinger group/ETH Zurich

當它們通過一個周期的勢能，例如在晶體中，理解材料中電子的行為會變得更加困難。然後像超流性這樣的現象，與大量的電導有關，可以與把材料變成絕緣體的干擾效應競爭。馬丁Lebrat和同事Tilman默爾在蘇黎世ETH量子電子學研究所合作者日內瓦和洛桑聯邦理工(EPFL)已經解決這個問題，通過執行實驗完全乾凈的人工材料，可以控制的精度和靈活性。他們在《物理評論X》上發表的一篇論文中指出，使用激光來製造短的一維晶格結構，連接到兩個超級鋰-6原子的儲層。

在這個裝置中可以測量導線的電導，同時對所有相關的參數進行精確的控制，包括晶格的長度和高度，以及通過它傳輸的粒子之間的相互作用。在實驗中觀察到一個帶有弱相互作用的帶絕緣的相位的出現。當他們從弱到強的吸引力進行調整時，發現這種絕緣狀態持續存在，暗示著一種所謂的lutheremery液體的存在，這是一個在1974年被預測的原始階段，它是結構一維特徵的獨特之處。

圖中是使用激光讓原子形成一線，流動可以被投射一個可變數量的光障礙，聚焦在與顯微鏡目標的線上。圖片版權：Esslinger group/ETH Zurich

實驗工作得到了模擬的支持，綜合了這些結果，證明了冷原子器件的相互作用和量子干涉的同時控制。這不僅是一種有趣的觀點來探索電子穿過材料的行為，Lebrat和同事提供的靈活性也意味著可以利用電子系統中不可用的新功能來設計複雜結構。

博科園-科學科普｜參考期刊：物理評論X｜來自：蘇黎世聯邦理工學院

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