清華新聞網(wǎng)5月26日電 近日，清華大學交叉信息研究院段路明教授團隊與助理教授徐勇合作，在基于鈉原子的玻色愛因斯坦凝聚體中，首次在理論上將相變動力學（Kibble-Zurek）機制推廣到一階量子相變，并實驗觀測到這種廣義的Kibble-Zurek機制。該成果論文“自旋玻色凝聚體一階量子相變中廣義Kibble-Zurek機制的觀測”（Observation of generalized Kibble-Zurek mechanism across a first-order quantum phase transition in a spinor condensate）近日在線發(fā)表于《科學?進展》（Science Advances）期刊上。
對于二階量子相變，Kibble-Zurek機制提供了一個統(tǒng)一的理論來描述該系統(tǒng)相變動力學中的通用標度定律，在物理學與宇宙學中有廣泛應(yīng)用。具體來說，Kibble-Zurek機制預(yù)測，通過調(diào)控系統(tǒng)參數(shù)將系統(tǒng)驅(qū)動跨過相變點的過程中，系統(tǒng)會經(jīng)歷三個階段：絕熱階段，冷凍階段，然后再次進入絕熱階段。根據(jù)Kibble-Zurek機制預(yù)測，在線性掃描過程中，系統(tǒng)解凍的動力學相變點與線性掃描速度具有冪律標度關(guān)系。
與二階相變不同，一階相變在相變點處兩相共存。當系統(tǒng)偏離相變點時，也會有亞穩(wěn)態(tài)的存在，這導致一階相變的標度關(guān)系通常不能用傳統(tǒng)的Kibble-Zurek機制描述。段路明團隊理論上發(fā)現(xiàn)對于一階相變，相關(guān)能隙由壓穩(wěn)態(tài)和其相應(yīng)的第一激發(fā)態(tài)決定，而非二階相變中的基態(tài)和相應(yīng)的第一激發(fā)態(tài)決定。這個相關(guān)能隙的倒數(shù)決定了系統(tǒng)的弛豫時間，從而決定了系統(tǒng)解凍時的參數(shù)值。這一機制被稱為廣義Kibble-Zurek機制。段路明團隊進一步實驗觀測鈉原子凝聚體在極性相和反鐵磁相的一階相變中的冪律標度關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該實驗結(jié)果與廣義Kibble-Zurek機制預(yù)測高度吻合（如圖所示）。該結(jié)果為進一步研究一階相變中廣義Kibble-Zurek機制奠定了基礎(chǔ)。
Kibble-Zurek實驗結(jié)果
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仇麗媛、梁海玉和楊炎彬，通訊作者為段路明教授和徐勇助理教授，其他作者包括交叉信息研究院博士后楊蒿翔和博士研究生田天。該項目得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學基金和清華大學等支持。
論文鏈接：
https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba7292
供稿：交叉信息研究院
編輯：呂婷
審核：程曦
