几何相位的光谱学测量方法

0 1 引言

  冷原子为模拟和标记拓扑物态提供了一个方便的平台，其中几何相位扮演了重要的作用。但冷原子对热噪声非常敏感，其拓扑响应很容易被破坏以致影响潜在的应用。另一方面，几何相位也决定了布洛赫电子在直流电场下的能谱。利用几何相位和电子极化之间的关系，我们发展了从室温超辐射晶格的能谱里测量几何相位的关系。在动量晶格中，我们无须引入额外的电场，因为原子热运动本身扮演了电场的角色。我们从Wannier-Stark阶梯的反交叉导致的吸收谱中直接测量了几何相位。我们的方法为实现拓扑物态的室温量子模拟打下了基础。    

0 2 成果简介

本研究使用鸿之微量子输运软件Nanoskim进行模拟计算，并利用了固体中现代电极化理论的一个重要结论，即几何相位决定了瓦尼尔波函数的中心位置，进而决定了电场中瓦尼尔-斯塔克能梯的能量移动。这一研究突破了传统干涉测量的限制，为几何相位提供了光谱学测量方法。

本研究为实现拓扑物态的室温量子模拟打下了基础。这一方法可被推广到高维，用于测量陈数等拓扑不变量。

03 图文导读

图1 原理示意图

图2 实验示意图

图3 实验数据

0 4 小结 我们研发了一种从热原子多普勒展宽的吸收谱中测量能带几何相位的方法。该方法可以直接被拓展到陈数等更高维度拓扑不变量的测量。通过引入额外的有效电场，该方法也可以被运用在冷原子中。我们也可以通过烧孔技术获得不同速度下的能谱移动，为更进一步的物态信息测量打下基础。  

文献说明    

1.文献信息：Light Sci.& Appl. 11, 291 (2022).

DOI: 10.1038/s41377-022-00990-7

2.文献作者：Ruosong Mao , Xingqi Xu, Jiefei Wang, Chenran Xu, Gewei Qian, Han Cai, Shi-Yao Zhu, and Da-Wei Wang.（毛若松，徐兴奇，王洁菲，徐晨燃，钱格威，蔡晗，朱诗尧，王大伟）

编辑：黄飞