第一作者：Marcell Gall, Nicola Wurz
波恩大學(xué)Michael K?hl等首次實現(xiàn)了兩層相互耦合的晶格中磁相互作用的精確調(diào)控。具體的，作者在超冷光學(xué)晶格中實現(xiàn)了雙層Fermi-Hubbard結(jié)構(gòu)，隨后通過控制層之間的耦合，實現(xiàn)了平面反鐵磁有序莫特絕緣子、單自旋帶狀絕緣子之間的調(diào)控。通過測試層內(nèi)/層間的自旋-自旋相互作用表征磁態(tài)之間的競爭性關(guān)系。通過激光、磁場將超冷原子的溫度控制在絕對零度以上的百萬分之一度，原子限域在光學(xué)晶格中模擬了固體材料中的電子行為，該實驗為科學(xué)家開發(fā)能夠避免外部操作影響的實驗提供了合適的平臺。
圖1.雙層Fermi-Hubbard結(jié)構(gòu)磁調(diào)控（a）平面反鐵磁有序莫特絕緣子(層間隧道作用較弱，t?t⊥)（b）單自旋帶狀絕緣子之間的調(diào)控（層間隧道作用較強，t⊥?t）。（c）實驗中構(gòu)建雙粒子組成的超晶格層狀結(jié)構(gòu)。作者通過高分辨顯微鏡（自旋分辨、高密度分辨成像技術(shù)），對同一層中的原子之間相互作用進行觀測，隨后觀測到這種模擬固體材料中原子磁序的相互對齊情況，以及原子之間其他類型磁性相互作用；對不同層中的相互作用進行觀測，發(fā)現(xiàn)不同層之間的磁性相互作用和同一層原子之間的磁性表現(xiàn)為競爭性作用，而且當(dāng)不同層中的耦合強度增加，層之間的磁相互作用提高，然而同一層中的相互作用降低。通過調(diào)控不同層之間的耦合強度，在不改變材料的其他條件中，實現(xiàn)了磁的方向旋轉(zhuǎn)90°。這種現(xiàn)象為深入理解相互耦合層體系中的磁性傳播提供了實驗平臺，有望用于開發(fā)材料的功能和預(yù)測提供方法，比如與磁耦合效應(yīng)有較強聯(lián)系的高溫超導(dǎo)現(xiàn)象、開發(fā)超導(dǎo)相關(guān)新技術(shù)。Michael K?hl教授，1995-1998年間于海德堡大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，1999年于麻省理工學(xué)院進行碩士研究，法蘭克福大學(xué)獲得碩士學(xué)位，2001年于獲得慕尼黑大學(xué)和馬克斯-普朗克量子光學(xué)研究所授予博士學(xué)位（導(dǎo)師：T.W. H?nsch）。2001~2006年間于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院進行博士后研究（導(dǎo)師：T. Esslinger）。隨后分別在劍橋大學(xué)、劍橋大學(xué)三一學(xué)院工作和任教。2013年起，轉(zhuǎn)入波恩大學(xué)任教。Marcell Gall, Nicola Wurz, Jens Samland, Chun Fai Chan & Michael K?hl*, Competing magnetic orders in a bilayer Hubbard model with ultracold atoms, Nature 589, 40–43(2021)DOI: 10.1038/s41586-020-03058-xhttps://www.nature.com/articles/s41586-020-03058-x
