光子的合成朗道能级

合成光子材料是探索微观量子动力学与宏观材料性质之间界面的新兴平台[1-5]。经历洛伦兹力的光子会发展出手性，为研究量子霍尔物理和拓扑量子科学提供机会[6-8]。在此我们呈现连续统光子的磁场的实验实现。我们将光学光子囚禁在多模环形谐振腔中，以制造二维有质量玻色子气体，然后采用非平面几何在每次往返时诱导图像旋转[9]。这导致光子的科里奥利/洛伦兹力和离心力，从而实现了磁场和谐波陷阱中光子的Fock-Darwin哈密顿量[10]。利用空间和能量分辨光谱，我们追踪随着径向囚禁减弱所产生的光子本征态，最终观察到简并处的光子朗道能级。为规避离心极限处囚禁不稳定的挑战[10,11]，我们限制光子在锥面上运动。光谱探测表明在远离锥尖处为平坦空间（零曲率）。在锥尖处，我们观察到空间曲率增加了局域态密度，并测量到与Wen-Zee理论相符的分数态数超出，从而为该描述磁场和弯曲空间中电子的理论提供了实验检验[12-15]。本工作开启了探索几何与拓扑相互作用的大门，并且结合里德伯电磁诱导透明，使得研究光子分数量子霍尔流体[16,17]和直接探测任意子[18-19]成为可能。