俞大鹏团队合作在非遍历临界相的实现和探测上取得进展

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近日，南方科技大学量子科学与工程研究院（简称“量子研究院”）院长、中国科学院院士俞大鹏团队和北京大学量子材料中心刘雄军团队首次提出如何在光拉曼晶格中实现和探测非遍历的临界相这一基本的相，为实验实现和探测单粒子和多体临界相指明了方向。该研究以“Realization and detection of non-ergodic critical phase in an optical Raman lattice”为题，发表在国际著名学术杂志《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

        安德森局域是凝聚态物理中的一个基本的量子现象，它展示了由无序引起的电子波函数的局域。近期，在冷原子实验中制造出可控的无序和准周期晶格，从而在实验上观测到安德森局域的现象。对于一维的无序或者准周期的系统，如果加上相互作用，会出现多体局域的现象。这一现象近年在理论上被广泛关注，同时在冷原子实验中被观测到。但是除扩展相和局域相（包括安德森局域相和多体局域相）之外，还存在另一个基本的相，即临界相。和局域相类似，临界相也存在于无相互作用和有相互作用的系统中，后者即为多体临界相，多体临界相由该组最近一篇理论工作首先提出。临界相的研究对于理解扩展相到局域相的转变有重要意义，同时它在能谱统计，波函数的多分形行为以及动力学演化方面表现出与扩展相和局域相不同的性质。然而，这一基本相到目前为止还没有被任何实验观测到。原因在于，真正具有临界相的模型很少，大多数的模型只存在临界点，不存在一个临界的区域，而对于个别的具有临界相的模型，因其及其特殊的形式而不存在被实验模拟的可能性，同时，如何在实验测量上判断临界相的存在也未被研究。
       研究团队创造性提出一个具有准周期塞曼势的自旋轨道耦合模型，这个模型在现有的实验技术下高度可实现，同时这个模型的相图有三个相：扩展相，局域相和临界相，临界相占据相图中一个很宽的区域。该研究进一步提出在无相互作用情况下，可通过测量一段时间演化后实空间中波函数的位移的均方或者测量动量分布，来测得临界相。在有相互作用的情况下，需要同时探测初态的残存率和密度的不平衡两个观测量来测得多体临界相。最后，该研究提供了具体实现所提模型的实验细节。该研究为实验实现和探测无相互作用和有相互作用系统中的非遍历的临界相指明了方向。
       我校量子研究院、物理系博士后王玉成为文章第一作者，北京大学量子材料中心博士后张龙为文章共同第一作者。俞大鹏、刘雄军是王玉成的合作导师。南科大为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、深圳市科创委和南方科技大学等部门的大力支持。


      文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.125.073204

供稿：量子科学与工程研究院

通讯员：刘芳璐

编辑：李思颖

主图设计：丘妍

      文章来源：南方科技大学

      俞大鹏，男，1959年出生于宁夏中卫。现任南方科技大学物理系讲席教授、量子科学与工程研究院院长。1993年毕业于法国南巴黎大学，固体物理博士。1993年至1995年在中科院电子显微镜实验室担任博士后。1995年在北京大学物理学院任职，担任副教授，1999年晋升为正教授。俞大鹏教授2015年当选为中国科学院技术学部院士，2016年获深圳高层次专业人才称号，2017年被评为广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队（量子科学与工程团队）带头人，2017、2018、2019连续三年获得“深圳市产业发展与创新人才奖”。俞大鹏教授长期从事低维纳米结构物理研究，是最早发现自下而上制备一维半导体纳米线和二维狄拉克量子材料表征方法的国际先驱之一，为低维量子材料的研究做出了重要贡献。近十几年来，其研究重心集中在对单根纳米线、单体量子结构的光电力热磁等物理性质的精确量子调控上，取得了一系列成果。其领导的研究团队对纳米线、石墨烯等单个微观结构的光电力热磁等物理性质的操控能力达到了新的高度。