Controlled creation of a singular spinor vortex by circumventing the Dirac belt trick
Controlled creation of a singular spinor vortex by circumventing the Dirac belt trick
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通过绕过狄拉克带技巧来控制奇异旋量涡旋的产生
DOI：
10.1038/s41467-019-12787-1
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发表时间：
2019
影响因子：
16.6
通讯作者：
Hall, D. S.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Weiss, L. S.;Borgh, M. O.;Blinova, A.;Ollikainen, T.;Möttönen, M.;Ruostekoski, J.;Hall, D. S.
持续的拓扑缺陷和纹理是流动性过剩的特别显著后果。其中最引人入胜的例子是由旋转对称群SO(3)产生的奇异涡旋，狄拉克著名的腰带戏法说明了令人惊讶的拓扑性质。尽管有相当大的兴趣，但对全三维旋量系统中具有复杂内部结构的涡线的受控制备和详细研究仍然是一个突出的实验挑战。在这里，我们提出并实现了一种可重现和可控的方法，用于从铁磁自旋1玻色-爱因斯坦凝聚体中非奇异自旋织构的衰变中产生和检测奇异的SO(3)线涡旋。我们的实验清楚地证明了缺陷的SO(3)性质和独特的旋量性质。尽管漩涡是奇特的，但它的核心充满了拓扑上截然不同的极磁相中的原子。由此产生的稳定、连贯的拓扑界面在从凝聚态物质到宇宙学和弦理论的各种系统中都有类似之处。
Persistent topological defects and textures are particularly dramatic consequences of superfluidity. Among the most fascinating examples are the singular vortices arising from the rotational symmetry group SO(3), with surprising topological properties illustrated by Dirac’s famous belt trick. Despite considerable interest, controlled preparation and detailed study of vortex lines with complex internal structure in fully three-dimensional spinor systems remains an outstanding experimental challenge. Here, we propose and implement a reproducible and controllable method for creating and detecting a singular SO(3) line vortex from the decay of a non-singular spin texture in a ferromagnetic spin-1 Bose–Einstein condensate. Our experiment explicitly demonstrates the SO(3) character and the unique spinor properties of the defect. Although the vortex is singular, its core fills with atoms in the topologically distinct polar magnetic phase. The resulting stable, coherent topological interface has analogues in systems ranging from condensed matter to cosmology and string theory.
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