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物理与光电工程学院黎永耀教授科研团队在新型量子液滴及其涡旋的研究中取得重要进展

  • 发布时间:2019年10月11日

       物理与光电工程学院黎永耀教授研究团队从理论上预言了一种存在于各向异性结构空间的新型量子液滴,并首次利用这种新型的量子液滴实现了一种全新类型的稳定量子涡旋。该工作以“Semidiscrete quantum droplets and vortices”为题,于2019年9月27日在线发表在国际物理学顶级期刊《Physical Review Letters》(影响因子9.227,中科院1区)上(如图1所示)。

图1 论文网页截图

       量子液滴是一种新型的基于超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚的一种宏观量子自局域态。自2016年首次被实验实现以来,立即成为了物理学界的一个热点研究课题。量子液滴不仅可用于多体局域和量子多体问题的研究,而且在量子信息处理、原子干涉仪、精密测量等方面也有重要的应用价值。它的一个很重要的成就就是解决了冷原子玻色气体无法在高维度的无束缚环境下形成稳定自局域的问题。
      2018年,物理与光电工程学院黎永耀教授研究团队发现,量子液滴的内在平衡效应对量子涡旋态的稳定有重要的意义,这种效应不仅可以克服孤立的量子涡旋很难在高维度空间实现稳定的难题,而且可以实现具有高角动量的稳定量子涡旋。本年度他们在此研究基础上从理论上证明了量子液滴可以存在于二维各向异性的结构空间,并可以形成一种新基于二维半离散各向异性空间的新型量子自局域涡旋(如图2所示)。这个发现突破了目前孤立量子涡旋只能存在于各向同性结构空间的限制,开创了一种全新形式的孤立波量子涡旋。
      这种半离散的结构空间是指量子液滴被囚禁在一排雪茄形的光晶格中,并形成一个维度连续而另一个维度离散的特殊各向异性空间结构。利用紧束缚近似的解析分析和数值计算,研究团队证明了量子液滴内部的平衡效应可以使得这种半离散的的量子涡旋至少可以稳定到拓扑荷为5的涡旋态。在该研究论文的最后,研究团队也对这种新型的量子液滴涡旋态的实验实现条件进行了探讨,为这种新型量子涡旋态的实验观测提供理论依据。

图2 半离散涡旋量子液滴数值结果图

      该工作由黎永耀教授(通讯作者)研究团队和以色列特拉维夫大学Boris A. Malomed教授团队合作完成(其中佛山科学技术学院为第一署名单位),第一作者是佛山科学技术学院物理与光电工程学院17级光源与照明(卓越工程师班)专业的本科生张锡梁和徐晓喜同学(共同第一作者)。该工作得到国家自然科学基金面上项目和青年项目、广东大学生科技创新攀登计划项目、以色列科学基金以及佛山科学技术学院物理与光电工程学院的大力支持。

       文章链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.133901
        [DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.133901]

(物理与光电工程学院)