張威 研究組 供稿?

近日，《物理評論快報》（Physical Review Letters）報道了中國人民大學物理系張威研究組和中國科學技術(shù)大學量子信息重點實驗室易為研究組的合作研究成果。他們研究了具有Rashba自旋軌道耦合的二維費米系統(tǒng)在大極化極限下的配對穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)該體系中會出現(xiàn)分子態(tài)-極化子態(tài)轉(zhuǎn)變（Molecule-Polaron transition），以及質(zhì)心動量不同的分子態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)不僅對研究超冷費米氣體中的配對現(xiàn)象提供了理論依據(jù)，也有助于理解帶自旋軌道耦合的一般費米系統(tǒng)的性質(zhì)。部分研究成果發(fā)表在Phys. Rev. Lett. 109, 140402 (2012)上.

近年來，人工自旋軌道耦合在超冷原子體系中的實驗實現(xiàn)，極大地拓展了超冷原子量子模擬的視野。由于自旋軌道耦合在量子自旋霍爾效應，拓撲絕緣體及拓撲超流等現(xiàn)象中起著關(guān)鍵性的作用，人們希望通過對有自旋軌道耦合的超冷原子體系的研究，進一步了解量子自旋霍爾效應及與其相關(guān)的拓撲序。二維超冷費米氣體是該研究領域中一個非常重要的研究體系。該類體系中同時存在自旋軌道耦合與等效塞曼場。研究表明，這類系統(tǒng)在低溫下的基態(tài)可能是具有特殊邊緣態(tài)和拓撲非平庸準激發(fā)的拓撲超流相。

為了進一步理解拓撲超流相的性質(zhì)及體系中的拓撲相變，物理系張威副教授及其合作者研究了二維極化費米氣與少量自旋雜質(zhì)在自旋耦合與等效外磁場作用下的奇異配對態(tài)及準粒子激發(fā)行為。這個系統(tǒng)中，自旋軌道耦合，配對相互作用和磁場間相互競爭的存在使相圖變的復雜而有趣。他們通過計算發(fā)現(xiàn)了質(zhì)心動量不同的配對態(tài)以及由粒子空穴激發(fā)綴飾的正常態(tài)之間的相變。在熱力學極限下，這對應著拓撲超流，具有非零質(zhì)心動量的FFLO配對態(tài)及正常態(tài)之間的相變。

上述工作為超冷費米氣體中的配對現(xiàn)象研究提供了豐富的理論依據(jù)。鑒于近年來國際上在準低維超冷費米氣體的制備以及動量分辨RF譜測量方面取得的最新實驗進展，上述理論預測有望在近期得到實驗驗證。

本工作受到了如下基金的資助：
國家自然科學基金：10904172，11105134
科技部：2011CB921200，2011CBA00200
中國人民大學：10XNL016?