A simetria desempenha um papel fundamental na compreensão da matéria quântica complexa, particularmente na classificação de fases quânticas topológicas, que têm atraído grandes interesses na última década. Um exemplo notável é o isolador topológico invariante de reversão de tempo, uma classe relativamente nova de material com propriedades eletrônicas peculiares, que é bem entendido como um material topológico protegido por simetria (SPT).

Em um estudo recente, uma equipe internacional de físicos experimentais e teóricos da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) e da Universidade de Pequim (PKU) relatou a observação de uma fase SPT para átomos ultracold usando simulação quântica atômica. Este trabalho abre caminho para expandir o escopo da física SPT com átomos ultracold e estudar a dinâmica quântica em desequilíbrio nesses sistemas exóticos.

Suas descobertas foram publicadas no jornal Avanços da Ciência em 23 de fevereiro, 2018.

As formas dos objetos podem ser classificadas com base na topologia. Uma fase exótica da matéria quântica pode ser entendida com topologia e simetria subjacentes em materiais físicos. A equipe criou um cristal sintético para átomos ultracold e pela primeira vez emula propriedades-chave de um material topológico unidimensional (1-D) além da condição natural. Os átomos ultracold são 1 bilhão de vezes mais diluídos do que os sólidos, mas permitem o estudo da física complexa porque são extremamente puras e controláveis.

A classificação das fases quânticas topológicas trouxe uma noção fundamental das fases SPT, que são estados exóticos sob a proteção de simetrias, e expandir muito nossa compreensão da natureza fundamental da matéria quântica. No entanto, de longe, apenas uma pequena parte das fases SPT teoricamente previstas foram descobertas em materiais de estado sólido, principalmente devido ao ambiente complicado e incontrolável de materiais de estado sólido que causa grandes desafios na realização.

"Nosso trabalho previu em teoria um novo tipo de fase SPT, que está além da classificação tradicional baseada em dez formas, e observado em experimento um estado exótico em um cristal sintético projetado com átomos ultracold, "disse Xiong-Jun Liu, professor assistente da Universidade de Pequim e co-autor do artigo. "Este trabalho é de fato a primeira realização experimental de uma fase SPT para átomos ultracold, que abre uma grande quantidade de possibilidades para simular e sondar a nova física SPT, "Prof Liu acrescentou.

Este trabalho realmente leva a simulação quântica da matéria topológica para o próximo nível, o que pode levar a avanços dramáticos na ciência dos materiais e na tecnologia quântica.

"Além disso, devido às vantagens do controle total, esperamos que o presente trabalho impulsione futuros estudos em experimentos de átomos ultracold de fases SPT interagentes, que são amplamente discutidos na teoria, mas muito difíceis de investigar em materiais de estado sólido, "explicou Gyu-Booong Jo, professor assistente do Departamento de Física da HKUST e co-autor do artigo.