【中国科学报】中国科学技术大学观测到里德堡原子高阶和分数离散时间晶体-中国科大新闻网

近日，中国科学技术大学教授丁冬生课题组在里德堡原子驱动耗散系统中观察到高阶和分数离散时间晶体。相关研究成果发表于《自然-通讯》。

自发对称性破缺是解释物质相变的重要机制。空间上平移对称性的自发破缺使得物体形成空间上的有序结构，即空间晶体。同样，研究人员提出时间上能否发生类似的对称性自发破缺，从而形成时间晶体。最初，这个概念由诺贝尔物理学奖获得者弗朗克·维尔切克提出，描述物质时间和空间上的特征周期性复现。

研究人员在实验和理论上对此进行了大量研究，在理论上提出离散时间晶体的概念并在实验系统中观测到离散时间晶体的存在。离散时间晶体就是满足时间上离散平移对称性的自发破缺，表现为实验系统的响应周期是驱动周期的整数倍。有趣的是，当物理系统远离热平衡状态时，人们可以观察到稳定的耗散时间晶体、预热离散时间晶体等奇异的物态现象。强相互作用的里德堡原子系统是研究非平衡动力学的理想平台之一。

研究团队通过在周期性驱动的里德堡原子系统中调节系统参数，观察到强相互作用里德堡原子气体中的高阶以及分数离散时间晶体。他们在实验上得到不同离散时间晶体的相图，观察到整数阶离散时间晶体的相变过程，同时通过扫描系统参数观察到分数时间晶体存在的证据。

对这些现象的研究将有助于人们加深对时间晶体这种特殊物质状态的理解，为探究量子系统的非平衡动力学提供一个平台。

审稿人评价：“他们观察到离散时间晶体，证明了超越单一离散时间平移对称性破缺的能力，为热原子气体简单平台中的非平衡动力学提供了新见解。量子多体系统中更复杂的时间对称性的存在扩展了我们在该领域的认知，并为非平衡物理学的新探索铺平道路。”