西安交大科研人員在鹼土金屬原子相互作用量子調控方面獲新進展

2020-12-13 西安交大新聞網

近年來，超冷原子物理蓬勃發展，極大地深化了人們對量子多體物理的認識。在此前以鹼金屬原子為主的研究中，基於磁Feshbach共振的相互作用量子調控在其中發揮了重要作用。近年來，由於其獨特的性質和蘊含的豐富物理現象，鹼土金屬原子已成為超冷原子物理的重要新興研究系統。不同於鹼金屬原子，鹼土金屬原子有著壽命非常長的亞穩態，也稱鍾態。目前，世界上精度最高的原子鐘便是基於鹼土金屬原子實現的。此外，鹼土金屬原子的相互作用具有SU(N)對稱性，也為開展量子模擬研究提供了新的視角。因此，鹼土金屬原子已廣泛應用於精密測量和量子模擬的研究。但是，鹼土金屬原子中不存在傳統的磁Feshbach共振，極大地限制了它在量子模擬和精密測量領域的進一步應用，這是人們長期致力解決的問題。近年來，西安交通大學理學院張仁副教授與清華大學翟薈教授及其研究成員、中國人民大學張芃教授開展合作研究，在鹼土金屬原子量子調控方向取得了一系列突破性進展。

針對缺乏非自旋交換相互作用調控手段的問題，研究人員首次意識到軌道自由度對相互作用調控的重要性，在此基礎上提出了「軌道Feshbach共振」的理論方案。該理論方案被來自德國慕尼黑大學和歐洲非線性光譜實驗室(LENS)的兩個著名的冷原子實驗組同時證實。針對缺乏自旋交換相互作用調控手段的問題，他們將約束誘導共振引入該系統，提出了調控自旋交換相互作用的理論方案。該方案也已經被德國慕尼黑大學的實驗組證實。

這一系列工作開拓了鹼土金屬原子量子模擬的新方向。慕尼黑大學實驗組和LENS實驗組基於這一突破性進展開展了軌道Feshbach分子量子操控的實驗研究，軌道Feshbach共振附近極化子的實驗研究等，國內外很多理論研究組也在這一方向開展研究。鑑於在該領域的貢獻，張仁副教授及其合作者受邀為Nature Reviews Physics撰寫綜述文章，並於近日在線發表。Nature Reviews Physics是Nature出版社新創刊的發表物理學最新進展的高水平綜述文章的期刊。文章總結了近年來該領域的理論和實驗進展，展望了該領域未來最有可能取得進一步突破的若干方向。張仁副教授是該論文的第一作者，西安交通大學是該論文第一署名單位。該工作得到了科技部重點研發計劃和國家自然科學基金委等基金的支持。

論文連結：https://www.nature.com/articles/s42254-020-0157-9

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