探测合成 Hall 系统的手性边缘动力学与体拓扑

量子 Hall 系统的特征在于 Hall 电导的量子化——这是一种根植于底层量子态拓扑结构的体性质。在凝聚态器件中，材料缺陷阻碍了其与平面拓扑模型的直接联系。人工系统，如光子平台或冷原子气体，通过实现对拓扑的特异性探测或灵活操控（例如使用合成维度）开辟了新可能。然而，拓扑性质的相关性需要体的概念，而先前使用有限大小合成维度的工作缺乏这一概念。在此，我们利用超冷镝原子实现了一个量子 Hall 系统，其二维几何由一个空间维度和编码在原子自旋 $J=8$ 中的一个合成维度构成。我们证明了大量磁子能级导致了明显的体与边缘行为。此外，我们测量了 Hall 漂移并重构了局域 Chern 标记——一个迄今为止实验上无法触及的可观测量。在合成维度的中心——17 个态中的 11 个态的体——Chern 标记达到了拓扑系统预期量子化值的 98(5)%。我们的发现为拓扑多体相的实现铺平了道路。