近日，南方科技大学量子科学与工程研究院（简称“量子研究院”）院长、物理系讲席教授、中国科学院院士俞大鹏团队和北京大学量子材料中心刘雄军团队首次提出如何在光拉曼晶格中实现和探测非遍历的临界相这一基本的相，为实验实现和探测单粒子和多体临界相指明了方向。该研究以“Realization and detection of non-ergodic critical phase in an optical Raman lattice”为题，发表在国际著名学术杂志《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

安德森局域是凝聚态物理中的一个基本的量子现象，它展示了由无序引起的电子波函数的局域。近期，在冷原子实验中制造出可控的无序和准周期晶格，从而在实验上观测到安德森局域的现象。对于一维的无序或者准周期的系统，如果加上相互作用，会出现多体局域的现象。这一现象近年在理论上被广泛关注，同时在冷原子实验中被观测到。但是除扩展相和局域相（包括安德森局域相和多体局域相）之外，还存在另一个基本的相，即临界相。和局域相类似，临界相也存在于无相互作用和有相互作用的系统中，后者即为多体临界相，多体临界相由该组最近一篇理论工作首先提出。临界相的研究对于理解扩展相到局域相的转变有重要意义，同时它在能谱统计，波函数的多分形行为以及动力学演化方面表现出与扩展相和局域相不同的性质。然而，这一基本相到目前为止还没有被任何实验观测到。原因在于，真正具有临界相的模型很少，大多数的模型只存在临界点，不存在一个临界的区域，而对于个别的具有临界相的模型，因其及其特殊的形式而不存在被实验模拟的可能性，同时，如何在实验测量上判断临界相的存在也未被研究。

研究团队创造性提出一个具有准周期塞曼势的自旋轨道耦合模型，这个模型在现有的实验技术下高度可实现，同时这个模型的相图有三个相：扩展相，局域相和临界相，临界相占据相图中一个很宽的区域。该研究进一步提出在无相互作用情况下，可通过测量一段时间演化后实空间中波函数的位移的均方或者测量动量分布，来测得临界相。在有相互作用的情况下，需要同时探测初态的残存率和密度的不平衡两个观测量来测得多体临界相。最后，该研究提供了具体实现所提模型的实验细节。该研究为实验实现和探测无相互作用和有相互作用系统中的非遍历的临界相指明了方向。

我校量子研究院、物理系博士后王玉成为文章第一作者，北京大学量子材料中心博士后张龙为文章共同第一作者。俞大鹏、刘雄军是王玉成的合作导师。南科大为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、深圳市科创委和南方科技大学等部门的大力支持。

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.125.073204

 供稿：量子科学与工程研究院

通讯员：刘芳璐

编辑：李思颖

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