中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陈帅、邓友金等在超冷原子量子模拟领域取得重要进展。他们在超冷铷原子形成的自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体系中，首次在实验上精确测量了该体系完整的激发谱特性，发现并深入研究了该激发谱中“旋子-声子”结构的性质。该实验除进一步揭示了自旋-轨道耦合体系超流性质外，更为重要的是首次揭示弱且短程的相互作用体系可以具有旋子形式的激发谱，为今后强关联体系的量子模拟提供新的途径。该成果以“Softening of Roton and Phonon Modes in a Bose-Einstein Condensate with Spin-Orbit Coupling”为题发表于3月13日出版的《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 114, 105301 (2015)]上。
自旋-轨道耦合把电子的速度与自旋关联起来，其与诸多凝聚态焦点问题密不可分，诸如量子霍尔效应，拓扑超导体，Majorana费米子等。在固体材料中，电子的自旋-轨道耦合性质决定于由材料本身结构导致的内禀电场，其参数很难调节。而在近年来发展的超冷中性原子量子模拟系统中，我们可以人工构造出自旋-轨道耦合，并进一步通过改变外磁场和操控激光光强、频率的方法灵活地调节体系参数，为更深层次研究和理解这些重大的凝聚态现象提供了有效的平台。
旋子和声子是超流体的两种典型的激发模式，其由朗道在1941年首次预言并随后在超流液氦体系中得到了实验验证。旋子激发源自于原子间的强相互关联。它对于理解玻色体系中固相的涌现起着重要的作用，是空间平移对称性自发破缺的征兆。潘建伟小组在人工合成自旋-轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚体的基础上，利用布拉格谱技术首次探测了该体系的激发性质，并得到了包含“旋子-声子”结构的完整激发谱。更为有趣的是，通过改变拉曼耦合强度，实验成功地观测到旋子激发的软化，表明了体系从超流体朝着超固体演化。他们的发现表征了自旋-轨道耦合体系独特的超流性质，并为今后研究强关联体系的量子模拟和特性研究打开了新的思路。
该项研究得到了中国科学院，科技部，自然科学基金委员会、教育部等单位的支持。
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