中国人民大学物理系预测二维极化费米系统物性
张威 研究组 供稿 2013-06-17
近日，《物理评论快报》（Physical Review Letters）报道了中国人民大学物理系张威研究组和中国科学技术大学量子信息重点实验室易为研究组的合作研究成果。他们研究了具有Rashba自旋轨道耦合的二维费米系统在大极化极限下的配对稳定性，发现该体系中会出现分子态-极化子态转变（Molecule-Polaron transition），以及质心动量不同的分子态。这些发现不仅对研究超冷费米气体中的配对现象提供了理论依据，也有助于理解带自旋轨道耦合的一般费米系统的性质。部分研究成果发表在Phys. Rev. Lett. 109, 140402 (2012)上.
近年来，人工自旋轨道耦合在超冷原子体系中的实验实现，极大地拓展了超冷原子量子模拟的视野。由于自旋轨道耦合在量子自旋霍尔效应，拓扑绝缘体及拓扑超流等现象中起着关键性的作用，人们希望通过对有自旋轨道耦合的超冷原子体系的研究，进一步了解量子自旋霍尔效应及与其相关的拓扑序。二维超冷费米气体是该研究领域中
一个非常重要的研究体系。该类体系中同时存在自旋轨道耦合与等效塞曼场。研究表明，这类系统在低温下的基态可能是具有特殊边缘态和拓扑非平庸准激发的拓扑超流相。
为了进一步理解拓扑超流相的性质及体系中的拓扑相变，物理系张威副教授及其合作者研究了二维极化费米气与少量自旋杂质在自旋耦合与等效外磁场作用下的奇异配对态及准粒子激发行为。这个系统中，自旋轨道耦合，配对相互作用和磁场间相互竞争的存在使相图变的复杂而有趣。他们通过计算发现了质心动量不同的配对态以及由粒子空穴激发缀饰的正常态之间的相变。在热力学极限下，这对应着拓扑超流，具有非零质心动量的FFLO配对态及正常态之间的相变。
上述工作为超冷费米气体中的配对现象研究提供了丰富的理论依据。鉴于近年来国际上在准低维超冷费米气体的制备以及动量分辨RF谱测量方面取得的最新实验进展，上述理论预测有望在近期得到实验验证。
本工作受到了如下基金的资助：
国家自然科学基金：10904172，11105134
科技部：2011CB921200，2011CBA00200
中国人民大学：10XNL016
附件
Wei Yi and Wei Zhang, Molecule and Polaron in a Highly Polarized Two-Dimensional Fermi Gas with Spin-Orbit Coupling, Phys. Rev. Lett. 109, 140402 (2012)