段路明研究組首次觀測到與多體激發態相對應的動力學量子相變

2020年02月04日 瀏覽次數: 0

        清華大學交叉信息研究院段路明教授研究組與徐勇助理教授合作，在基于鈉原子的玻色愛因斯坦凝聚體中，首次觀測到與多體激發態相對應的動力學量子相變。該成果論文《與激發態相圖相對應的動力學量子相變的實驗觀測》（Observation of Dynamical Quantum Phase Transitions with Correspondence in an Excited State Phase Diagram）近日發表于國際學術期刊《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett）上。

圖標：實驗觀測到的動力學量子相變與激發態相圖的對應關系

      相變是廣泛存在于宏觀物質中的現象。調節系統參數跨過相變點，物質從一種相轉變成另一種相，即為相變，例如水在固液氣三態之間隨著溫度變化的轉變。在接近絕對零度時，量子效應占據主導作用，此時的相變稱為量子相變。它又可分為基態量子相變與激發態量子相變。區別在于前者關注基態性質，后者關注激發態性質。例如，在自旋等于1的反鐵磁旋量玻色愛因斯坦凝聚體中，隨著二階塞曼能量的改變，系統基態在極化態（polar phase）與反鐵磁態（antiferromagnetic phase）之間的轉變就是一種基態量子相變。上述相變著眼于平衡態物理。為了探究非平衡態物理，人們將“相變”的概念推廣至非平衡過程，即動力學量子相變。當系統受到擾動后，其動力學響應在相變點兩邊表現出截然不同的性質，這就是動力學量子相變。

       近年來，動力學量子相變的研究成為熱門課題，動力學量子相變與平衡態量子相變的關系也備受關注。目前，理論與實驗研究均表明動力學量子相變與基態量子相變并不總是存在一一對應的關系；也有理論研究表明動力學量子相變與激發態量子相變有一定的關系，但仍缺乏實驗證據。段路明教授研究組基于鈉原子玻色愛因斯坦凝聚體系統，通過精密的實驗設計，解決了系統長時衰減問題，利用微波對系統施加瞬時擾動，首次在量子多體系統中觀測到與激發態相變對應的動力學量子相變。該實驗同時表明量子淬火的動力學方法可以用來測量激發態相圖。

        該論文共同第一作者為清華大學交叉信息研究院博士研究生田天、博士后楊蒿翔，通訊作者為段路明教授、徐勇助理教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生仇麗媛、梁海玉和楊炎彬。項目得到教育部、科技部以及清華大學的經費支持。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.043001