Letter
量子物理学：2Dトポロジカル電荷ポンプによる4D量子ホール物理の探究
Nature 553, 7686 doi: 10.1038/nature25000
物質のトポロジカル状態の発見によって、物理系における相転移の理解が著しく進んだ。トポロジカル相は、局所的な秩序パラメーターで記述されるのではなく、大域的なトポロジカル不変量で記述されるため、摂動に対してロバストである。有名な例に、二次元（2D）整数量子ホール効果があり、この効果は、第一チャーン数で特徴付けられ、外部電場によって誘起される量子化ホール応答に現れる。量子ホール効果を四次元（4D）系に一般化すると別の量子化ホール応答が現れるが、この応答は非線形であり、4Dトポロジカル不変量である第二チャーン数によって記述される。今回我々は、固有の4Dトポロジーのバルク応答を観測したことを報告し、それに伴う第二チャーン数を測定することによってその量子化を実証した。傾斜した光超格子における極低温ボース原子を用いて2Dトポロジカル電荷ポンプを実現することによって、動的バージョンの4D整数量子ホール効果を実現した。我々は、局所プローブとして小さな原子雲を用い、in situ画像化とサイト分解バンドマッピングによって系の非線形応答を完全に特徴付けた。今回の知見は、別の強相関トポロジカル相、エキゾチック集団励起、孤立ワイルフェルミオンなどの境界現象が予測されるさらに高次元の量子ホール系を実験的に調べる道を開くものである。
