记者4月2日从中科大获悉，该校郭光灿院士团队周正威教授研究组与美国莱斯大学、加州大学圣迭戈分校、中科院物理所合作，提出了一种在冷原子系统中模拟磁单极场的新方案，从而为在冷原子系统中研究曲面上的量子霍尔效应及寻找新的奇异量子态提供了理论指导。成果3月29日发表在著名期刊《物理评论快报》上。
在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。量子霍尔效应是量子力学版本的霍尔效应，需要在低温强磁场的极端条件下才可以被观察到，此时霍尔电阻与磁场不再呈现线性关系，而出现量子化平台。
如何在冷原子系统中模拟有效规范场，从而实现中性原子的量子霍尔效应，一直是超冷气体量子模拟中面临的一个重要课题。此前的方法中，研究者们发现通过旋转一团束缚的超冷量子气体，可以在中性原子中模拟等效磁场，有望在该系统中实现量子霍尔效应。然而，由于转动所导致的离心力，会使得原子团被抛离束缚势阱，从而很难观测到所期望的物理效应。
周正威等人分析发现，在多分量冷原子气体中，通过动力学调控现有磁场强度，可在实空间中模拟一个等效磁单极场；再利用当前实验条件，可把冷原子团束缚到一个封闭球面上。这样的一个球心为有效磁单极球面，是诺贝尔奖得主霍丹为理解分数量子霍尔效应而提出，但难以在实验上实现。周正威等人巧妙地构造出等效磁单极场，为在实验平台上精确实现霍丹球面扫平了障碍。
该系统是一个理想的研究分数量子霍尔效应的实验平台，有望和当前的许多理论计算进行精确地比对，为理论和实验的相互印证提供了基础。（记者 桂运安）
