泵浦是一种常见的在固体器件中产生稳态电流的途径。其物理过程可追溯到公元前三世纪的阿基米德螺旋泵，通过周期性的缓慢变化外势场来驱动电流（水流）。事实上，量子力学提供了一种更为奇妙的泵浦现象─绝热拓扑泵浦。在拓扑泵浦中，每个周期输运的电荷都是量子化的，并受到体系能隙的保护。 D. J. Thouless和牛谦在80年代指出这种量子化的电荷输运和二维的量子霍尔效应有着紧密的联系，二者都由同一个拓扑指标（陈数）描述。
    由于无序和相互作用等因素的影响，如何在固体器件中实现绝热拓扑泵浦是个悬而未决的问题。最近, 中科院物理所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）理论室T03小组的戴希研究员与瑞士联邦理工学院（ETH）Matthias Troyer教授以及其联合培养的博士后王磊合作提出了在一维光学超晶格中对冷费米原子进行绝热拓扑泵浦的实验设计。由于光晶格的纯洁性和高度可调控性，此实验完全可以利用现有的技术手段完成。他们进一步建议，通过观测冷原子云质心的量子化运动来确定体系的拓扑性质。由于拓扑泵浦的粒子流没有耗散，这一现象是一种潜在的制冷手段。
    此外，随着冷原子体系中人工规范场技术的成熟，在可预期的将来实验物理学家可在能二维光晶格中实现量子霍尔效应。然而，由于缺少合适的测量手段，如何探测光晶格中的原子云的霍尔电导是一个重要的问题。受到量子霍尔效应和拓扑泵浦效应之间的联系的启发，王磊博士和ETH 的合作者们还进一步提出了“杂化飞行时间”的探测手段，即探测原子云在一个方向上的动量分布和垂直方向的实空间分布。这时，动量作为一个绝热的泵浦参数驱动了原子云在垂直方向的运动。他们的计算表明即使对于高陈数和非均匀外势场的情况，此测量手段也可以直观地揭示原子云的量子化霍尔电导。
    这些研究成果对于进一步探索冷原子体系中的拓扑物质态具有启发和指导作用。相关研究得到国家自然科学基金委员会和科技部有关基金的支持。这些研究成果已发表在最近出版的物理评论快报Phys. Rev. Lett. 111, 026802 (2013) 和 Phys. Rev. Lett. 110, 166802 (2013) 上。

Figure 1 处在光晶格和简谐势场中泵浦的冷原子流（蓝线），粒子数 (红线) 以及质心位置(紫色圆圈) 随时间的变化。在整数周期时泵浦的总粒子数和质心位置固定在整数，并不受具体晶格参数的影响。

Figure 2 光晶格中Hofstadter模型的杂化飞行时间图像。晶格动量变化一周期时粒子沿垂直方向位移的元胞个数直接显示出体系的陈数。向上（下）的位移对应于正（负）的陈数。