近日，東莞理工學院電子工程與智能化學院王紅成教授團隊從理論上預言了一種存在于自由空間可攜帶高拓撲荷數的量子液滴。該研究以 “Binary-vortex quantum droplet” 為題，發表在Elsevier出版集團旗下的期刊《Chaos, Solitons and Fractals》（影響影子：5.944，中科院1區top）上。該論文的第一作者黃浩為我校與諾丁漢大學馬來西亞校區聯合培養的博士生，我院王紅成教授和諾丁漢大學馬來西亞校區的Chin Seong Lim博士為共同通信作者。

 

量子液滴是基于超冷原子玻色-愛因斯坦凝聚的一種宏觀量子自局域态，源于海森堡不确定性原理導出的量子漲落效應。它的密度比空氣小100萬倍，是世界上最稀薄的液體。自2016年首次被實驗實現以來，迅速成為冷原子物理、凝聚态物理、非線性科學等領域的研究熱點，不僅可用于多體局域和量子多體問題的研究，在量子信息處理、原子幹涉儀、精密測量等方面也有重要的應用價值。

 

這篇文章研究了自由空間中李黃楊修正和平均場效應共同作用下的量子液滴及其穩定性。在該系統中發現了三種類型的量子液滴，一種屬于基态，另外兩種屬于激發态。研究表明，随着耦合相互作用強度的改變，激發态的半渦旋量子液滴在拓撲數大于1時可呈現鐘形或環形等兩種類型的量子液滴形态（圖1）。該研究首次發現攜帶8個拓撲荷的高階半渦旋孤子仍可以穩定存在。該論文還研究了雙渦旋量子液滴（兩個分量有不同的渦旋度）的存在性及穩定性，并繪制了雙渦旋量子液滴的穩定區域圖（圖2、圖3）。

文章鍊接：https://doi.org/10.1016/j.chaos.2022.112079

 

圖一：（a）半渦旋量子液滴的化學勢能随着耦合強度的變化圖。

（b1,b2）擁有鐘形基态分量的半渦旋量子液滴。

（b3,b4）擁有環形基态分量的半渦旋量子液滴。

 

 

圖二：雙渦旋量子液滴和它的相位圖。

 

圖三: 雙渦旋量子液滴的穩定區域圖和動力學演化圖。

 

（撰稿：黃曉園；初審：李豔霞；複審：王紅成；終審：胡耀華）