在罕见的隐藏“边缘态”中捕获的原子可以帮助无损能量传输

该团队使用钠原子云来研究稀有态。

边缘态涉及电子或原子沿着材料边界以单列行进，就像球沿着轮盘赌一样。

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一种罕见的物理状态，以前只能在电子中看到，现在已经在冻结到接近绝对零的原子中重现。在这种“边缘状态”下，原子沿着给定材料的边界移动，忽略路上的任何障碍。物理学家希望更好地理解边缘态如何发生可以促进无损且高效的能源和数据传输系统的开发。 

电子群穿过金属，就像鸟儿在天空中飞翔一样。但就像一群分散的鸽子一样，电子在遇到障碍物时会向各个方向疯狂反弹。 

研究人员注意到这条规则并不适用于某些材料。在这里，电子只是绕着障碍物滑行，像行进的学员一样排成一列行进。这被称为“边缘状态”，因为这种不寻常的流动仅发生在某些材料的边界。 

该研究的合著者、麻省理工学院物理学助理教授理查德·弗莱彻在一份声明中表示，这可能会产生令人兴奋的应用。 “你可以想象用合适的材料制作小块并将其放入未来的设备中，这样电子就可以沿着边缘以及电路的不同部分之间穿梭而不会造成任何损失，”他补充道。

弗莱彻和同事想要更详细地研究边缘状态。但这说起来容易做起来难。这些状态仅持续一飞秒，即十亿分之一秒的百万分之一。电子也只能在边缘态中移动小于一纳米的距离。该团队并没有尝试观察这些微小的条件，而是尝试通过原子来扩大边缘态。 

边缘态电子之前已在超冷条件下的磁场下被识别出来。研究小组用大约一百万个钠原子重新创建了这些参数，并将其排列在云中。研究小组捕获原子然后旋转它们。 

“陷阱试图将原子向内拉，但离心力试图将它们向外拉，”弗莱彻解释道。 “这两种力相互平衡，所以如果你是一个原子，你会认为你生活在一个平坦的空间中，即使你的世界在旋转。还有第三种力，即科里奥利效应，如果它们试图沿直线移动，就会发生偏转。因此，这些巨大的原子现在的行为就好像它们是生活在磁场中的电子一样。 ”

为了给原子提供四处移动的边缘，研究小组引入了激光环。当原子与这个光环碰撞时，它们在轮盘赌旋转的最初几秒钟令人兴奋的几秒钟内像球一样沿着一个方向流动。弗莱彻说，原子忽略了它们路径上的任何障碍。 

重要的是，这种边缘态持续了几毫秒，发生在微米以上——持续时间和距离的大小比电子边缘态所达到的要大。这使得团队能够更轻松地记录边缘状态。 

“这些原子无摩擦地流动数百微米，”弗莱彻说。 “流动那么长时间，没有任何散射，是一种在超冷原子系统中通常看不到的物理现象。 ”

现在他们有了更实用的实验装置，该团队计划向其边缘状态引入新的障碍和相互作用。原子将做什么，以及国家可以驱动的应用仍然不清楚。但对于弗莱彻来说，这项研究的真正价值在于观察一个隐藏的世界。 “对我们来说，美在于亲眼所见的物理现象，这绝对令人难以置信，但通常隐藏在材料中，无法直接观察，”他说。 

该研究发表在《自然物理学》上。