Dirac、Rashba 和 Weyl 型自旋-轨道耦合：超冷原子中的实验实现之路

我们提出一套层次化的最小光学 Raman 晶格方案，旨在实验实现超冷原子的各种类型自旋-轨道 (SO) 耦合，包括具有 $C_4$ 对称性的二维 (2D) Dirac 型、2D Rashba 型和 3D Weyl 型。这些方案在当前冷原子技术下易于实现，特别是 2D Dirac SO 耦合的长寿命 Bose-Einstein 凝聚已获实验证实。2D Rashba 型和 3D Weyl 型的产生有一个精细要求，即两束激光源需具有两倍频率差。令人惊讶的是，我们发现 $^{133}$Cs 原子为实现提供了理想候选。一个共同且本质的特征是在实现过程中无需任何精细调节和锁相，且产生的 SO 耦合超冷原子具有长寿命。这些方案从根本上改善了当前的实验可及性和可控性，并为利用超冷原子研究高维 SO 物理和新颖拓扑相开辟了新的实验平台。