中国科大首次观测到超冷原子气体中的对流超流相

　　中国迷信技能年夜学潘建伟、苑震生、邓友金等与互助者正在超冷原子量子摹拟试验中，初次观测到对流超流相（counterflow superfluidity）这一别致量子物态，证明了对流的双组分超流体配合造成绝缘体的特征。相干结果近日颁发正在国际出名学术期刊《天然·物理学》（Nature Physics）上。

　　上世纪30年月，卡皮查、艾伦以及迈斯纳等正在液氦中发明超流征象，这鞭策了人们近一个世纪以来对相干的微观量子征象的摸索，如玻色-爱因斯坦凝聚、量子涡旋、超流-绝缘体相变、拓扑量子物态、和超流与超导之间瓜葛等的研究，对量子多体物理根蒂根基前沿研究具备重要的迷信意思。超流征象的研究也鞭策了激光冷却、浓缩制冷机等高温技能的成长，为量子摹拟、量子计较以及相干范畴的成长供给了重要东西。同时，一直加强的量子调控技能为展现此类微观量子征象中的宏观物理机制供给了重要的手腕以及极新的研究视角。

　　本世纪初，Kuklov等无理论上提出了对流超流的假想：与一般的超流体没有同，对流超流相中存正在两个绝对流淌的超流体，它们划分由自旋为A以及B的粒子构成；两种自旋的粒子会绝对流淌，体现出超流性；可是两种绝对流淌的自旋流之间存正在严酷的联系关系使患上总粒子流为零，是以全体上瞅其实不存正在流淌性，而是造成莫特绝缘体。因为对流超流态的制备需求极低的温度，其观测更需求单原子自旋可辨别的丈量才能，这些试验技能应战使患上此类超流性与绝缘性共存的别致物态不断未被试验证明。

　　最近几年来，超冷原子量子摹拟器的泛起为观测对流超流相供给了新的手腕。正在此项试验中，研究团队巧妙地设计制备了完好陷低熵的双填充自旋莫特相初态，由此登程调控两种自旋原子之间的彼此作用将系统绝热演变至对流超流相。应用该团队开发的具有单原子自旋可辨别的量子气体显微镜技能，他们发明正在对流超流相两种自旋的粒子数涨降变年夜可是总粒子数的涨降仍然很小，该征象阐明两种自旋的原子正在格点上存正在粒子数涨降反联系关系。进一步的时间航行丈量显示两种自旋间存正在非零的对流超流联系关系函数，即对流超流相的要害试验证据。经由过程探测系统华夏子之间的长程自旋联系关系，该研究预计出体系的温度低于1.2 nK，这为对流超流相的发生供给了重要的高温前提。

　　此项研究标明，超冷原子量子摹拟要领为摸索别致物相供给了富厚的量子调控以及观测手腕，成为深切懂得强联系关系量子多体物态中宏观物理机制的重要东西。相干试验技能可拓展到三组分、多组分自旋超流系统的研究中，并进一步鞭策对年夜自旋原子造成的拓扑量子物态的试验研究。该事情获得了论文审稿人的高度评估，以为此项事情是“量子摹拟范畴的卓着成绩”“尤为是基于该团队后期几项重要科研进展完成了对高温低熵对流超流态的制备”“此事情的一个要害立异点是制备超高温自旋莫特相。”

　　中国迷信技能年夜学郑永光博士（现为剑桥年夜学博士后研究员）以及博士研究生骆安为论文的配合第一作者。该项研究获得了国度天然迷信基金委、科技部、中国迷信院以及安徽省和中国博士后迷信基金的赞助。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02732-5；

　　论文PDF：https://rdcu.be/d5ADe