凝聚态物质的电子性质通常是由动能之间的复杂竞争决定的,杏耀代理动能的目的是使晶格上的电子波函数重叠和离域,动能的作用是使电子-电子相互作用局域化。与此相反,气态的特征是,在具有明确能量的离散量子态中,价电子紧密地分布在离子原子的核心周围。作为两种情况的奇异混合,人们可能会想知道,当孤立原子的气体突然被激发到像在固体中那样的电子波在空间上重叠的状态时,物质的哪种状态会被创造出来?然而,到目前为止,这种奇异的物质状态在原则上是不可能被创造出来的。这里是日本国家自然科学研究所分子科学研究所的Ohmori教授,和他的同事已经意识到这样一个奇异的混合与重叠的高山电子(Rydberg1))的微波函数中创建连贯地只有10秒(pico =一万亿)超快激光激发的人造微晶体的超冷原子(见图1)。空间重叠的程度正在积极调整与近50纳米精度和准确性(nano =十亿)。这种奇异的金属样量子气体在精细控制下,寿命长,在纳秒内衰变,为模拟库仑相互作用主导的超快多体电子动力学打开了一个全新的多体物理体系(见图2及其视频)。
实验是用气相中的30000个铷原子进行的。通过激光/蒸发冷却,它被冷却到绝对零度以上1开尔文的千万分之一开尔文以下。这些处于能量最低的量子态的超低温原子被称为玻色-爱因斯坦凝聚态,它们被装入由反向传播的激光束构成的立方光学阱晶格中,形成一个由3万个原子组成的人造微晶体,其最近邻居距离为0.5微米。用超短的激光脉冲照射这个只有几十微米大小的微晶体,脉冲宽度为10皮秒(皮秒=万亿分之一)。当时观察到一个电子在每个相邻的原子很兴奋的巨型电子轨道(里德伯orbital1)),所以他们彼此空间重叠(见图1)。重叠的程度是精致与近50纳米精度和控制精度(nano =十亿)通过改变激光频率选择轨道。