本网讯(科学技术处)近日，我校物理与材料科学学院林志博士和复旦大学物理系/应用表面物理国家重点实验室陈焱课题组，通过Floquet 设计研究光晶格中双分量超冷原子体系，构造出可以看成“两粒子跃迁过程”的新型两体相互作用，即在体系的“人工维度”上引入新奇的人工配对跃迁相互作用 (图1)，用于研究传统凝聚态体系中难以实现的新奇量子多体效应。

图1：一维周期性驱动的双分量玻色体系可以映射到具有人工配对跃迁相互作用耦合的双自旋链系统。

当前人们主要研究人工维度上的人工规范势，对于更一般的相互作用——人工配对跃迁相互作用还没被研究过。林志博士和陈焱教授课题组发现该奇异的相互作用导致了体系中会出现两种新奇的量子物质态，即分子超流态和非整数莫特绝缘体态。这里的非整数莫特绝缘体态作为一种新奇的量子莫特绝缘体态被首次揭示，其特性是：保持每个格点上总粒子数是整数，而各自分量的粒子数是非整数的莫特绝缘体态(图2)。 12月8日，相关成果以《人工维度上具有配对跃迁相互作用的双分量玻色体系中的新奇量子态》(“Novel quantum phases of two-component bosons with pair hopping in synthetic dimension”)为题在线发表于《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 125. 245301 (2020)]。

图2：在简谐势囚禁的晶格体系中，当跃迁项为零时，非整数莫特绝缘体态和普通双分量莫特绝缘体态在实空间的粒子数分布示意图。(a) [(b)] 行依次展现的是非整数莫特绝缘体态(双分量莫特绝缘体态)中的总粒子，自旋向下的粒子数，自旋向上的粒子数的分布的函数。为了便于比较三种分布函数的相对大小，我们从“蛋糕”结构中切出的一块呈现在最后一列中。这两个态的区别体现在自旋分量的分布函数上。为了定性的区分这两种态，在保持态的特性正确的前提下，分布函数具体数值是随意选取的。

审稿人高度赞扬了该项工作，认为该项工作开辟了一个研究光晶格体系中由配对跃迁相互作用所导致的新结果的新颖研究领域。该项研究代表了超冷量子气体研究领域中的实质性进展，将会促进进一步的理论研究和实验研究。我校林志博士为论文第一作者和共同通讯作者，复旦大学物理系陈焱教授为共同通讯作者，该研究工作的合作团队还包括刘晨容博士。

论文链接：  https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.125.245301