我校郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室在超冷费米气体中新奇物相的研究方面取得重要进展：该实验室易为教授与中国人民大学张威教授、北京大学刘雄军教授合作，在理论上预言并刻画了一种同时由局域序参量及非局域拓扑不变量表征的新奇拓扑超辐射相。该成果以“Topological superradiant states in a degenerate Fermi gas”为题于7月22日发表在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 115, 045303 (2015)]。

 

近年来拓扑相及拓扑相变受到凝聚态物理、冷原子物理等领域研究人员的广泛关注。与传统相变不同，拓扑相变的发生一般并不伴随着对称性的破缺或者局域序参量的改变，而是由非局域拓扑不变量刻画。作为联系两类截然不同的量子物相的桥梁，同时由局域序参量及拓扑不变量刻画的新奇物相一直为人们所关注。

 

易为教授等人发现，置于光学腔中的双分量简并费米气体会在原子内态与腔场相互作用下出现等效的自旋轨道耦合作用。通过调节腔的输入光场，体系在长时极限下的稳态可以被驱动到一种新奇的拓扑超辐射态上。在拓扑超辐射态上，光腔中产生大量光子，费米气体中出现密度调制；同时，体系也会获得类似手性拓扑绝缘体的拓扑非平庸性质。研究组通过计算完整展示了体系的稳态相图，刻画了拓扑超辐射相的拓扑相变，揭示了光场强度、气体密度分布等参量与体能隙、拓扑不变量等拓扑相变参数间的相互联系，并依此提出根据腔光场变化及费米气体动量分布探测拓扑相变的实验方案。这一研究成果对新奇拓扑相变的研究有重要理论意义，同时也是超冷原子气体与腔动力学复合体系研究的前沿进展。

 

中科院量子信息重点实验室博士生潘建松同学为该论文的第一作者，这项工作得到国家基金委、中科院、科技部和教育部的资助。

 

（中科院量子信息重点实验室、量子信息与量子科技前沿创新中心、科研部）

 

论文链接：http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.045303