近日,中國科學(xué)院國家授時中心張首剛、張曉斐研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊與中國人民大學(xué)合作,在冷原子理論研究方面取得突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊在國際上首次從理論上預(yù)測了具有Rashba自旋軌道耦合的軟核超冷玻色凝聚體中具有手征性的超固態(tài),相關(guān)成果發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊《Physical Review Letters》上。
超固態(tài)是科學(xué)家在上世紀(jì)六七十年代預(yù)言的一種奇異物質(zhì)狀態(tài),它同時具有固體和超流體的性質(zhì)。2004年美國賓州州立大學(xué)的實驗組在Nature和Science分別發(fā)表論文,宣稱在超冷氦4中發(fā)現(xiàn)了超固態(tài),引起了科學(xué)家的廣泛爭論。2017年著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者Wolfgang Ketterle研究組利用布拉格衍射技術(shù)在自旋軌道耦合的玻色愛因斯坦凝聚中首次實驗觀測到了具有超固性質(zhì)的條紋態(tài),標(biāo)志著超固現(xiàn)象研究的重大突破。
目前,具有二維自旋軌道耦合玻色凝聚體中的超固態(tài)成為了冷原子理論和實驗的前沿焦點(diǎn)。國家授時中心研究團(tuán)隊設(shè)計了一個全新的超冷原子系統(tǒng),使超固體在自旋軌道耦合作用下表現(xiàn)出非平庸的量子流體動力特性和磁性特性。同時,研究發(fā)現(xiàn)超固晶胞中的原子會沿某一方向自發(fā)地循環(huán)流動,在沒有外加旋轉(zhuǎn)的情況下自發(fā)產(chǎn)生了非零角動量,與磁性材料中的斯格明子晶格具有相似的非平庸拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)使人類對自旋軌道耦合和超固現(xiàn)象有了新的認(rèn)識,為探索和發(fā)現(xiàn)新奇量子態(tài)開辟了新的方向。
這一新奇量子態(tài)在實驗實現(xiàn)上還面臨諸多困難,其中一個關(guān)鍵性問題是如何實現(xiàn)特定形式的自旋軌道耦合。該研究團(tuán)隊將在未來利用國家授時中心成熟的冷原子光鐘系統(tǒng)以及光鐘研制方面技術(shù)積累,通過合作,力爭突破了傳統(tǒng)冷原子系統(tǒng)面臨的技術(shù)瓶頸,實現(xiàn)高性能冷原子光鐘。。
該工作的論文第一作者是中國科學(xué)院國家授時中心韓偉副研究員。相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”、中科院青促會等項目的支持。
《Physical Review Letters》是美國物理學(xué)會的會刊和旗艦雜志,主要刊發(fā)物理和相關(guān)交叉學(xué)科的最新研究成果,是國際物理學(xué)領(lǐng)域最受認(rèn)可的頂級學(xué)術(shù)期刊之一,最新的Science Citation Index影響因子為8.46。
文章鏈接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.030404
自旋軌道耦合軟核超冷玻色凝聚體中具有手征性的超固態(tài)。
圖中,亮度代表密度分布,顏色圖代表相位分布。