合肥國(guo)(guo)家實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)/188bet足球彭新華、杜江峰，合肥國(guo)(guo)家實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)/清華大(da)學翟薈，合肥國(guo)(guo)家實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)/復(fu)旦大(da)學張(zhang)鵬飛等(deng)人合作(zuo)，通過實(shi)(shi)驗(yan)和理論的(de)(de)密切結合，在非(fei)平(ping)衡(heng)量子多體動(dong)力學的(de)(de)研究(jiu)中取得(de)重要進展，揭示(shi)了隨機(ji)相互作(zuo)用(yong)自旋模型中的(de)(de)非(fei)平(ping)衡(heng)動(dong)力學普(pu)適性行為。相關研究(jiu)成果于近日發(fa)表于國(guo)(guo)際學術期刊《自然·物理》。
非(fei)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)子(zi)多體(ti)系(xi)統是近年來受到(dao)廣(guang)泛關注的(de)一類新(xin)型(xing)量(liang)子(zi)系(xi)統，涉(she)及凝聚態物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)、原子(zi)分子(zi)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)、量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)、非(fei)平(ping)(ping)衡(heng)統計物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)等諸多前(qian)沿領域。但由于其新(xin)穎(ying)性和復雜性，這類系(xi)統中(zhong)(zhong)(zhong)依然(ran)存在(zai)大量(liang)的(de)未解之(zhi)謎。隨著量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)的(de)快速發展，雖然(ran)已(yi)經在(zai)實驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)(zhong)觀(guan)測(ce)到(dao)了豐(feng)富的(de)非(fei)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)子(zi)多體(ti)動力學現象，但是對(dui)蘊含在(zai)這些現象背后(hou)起支配作用(yong)的(de)少數物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)過程（即普適(shi)性）的(de)揭示(shi)仍然(ran)存在(zai)挑戰。普適(shi)性在(zai)量(liang)子(zi)多體(ti)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)扮演著重要的(de)作用(yong)，此前(qian)針對(dui)普適(shi)性的(de)研究大多集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)在(zai)平(ping)(ping)衡(heng)態附近的(de)低能物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)，而針對(dui)遠(yuan)離平(ping)(ping)衡(heng)態的(de)動力學過程中(zhong)(zhong)(zhong)普適(shi)性的(de)理(li)(li)解還非(fei)常(chang)不充分，主要的(de)困難來自(zi)于非(fei)平(ping)(ping)衡(heng)量(liang)子(zi)多體(ti)系(xi)統強關聯和非(fei)平(ping)(ping)衡(heng)的(de)復雜性以及對(dui)體(ti)系(xi)進行高精(jing)度量(liang)子(zi)調控的(de)實驗(yan)(yan)難題。
固(gu)態核(he)(he)自(zi)(zi)(zi)旋體(ti)系(xi)(xi)是(shi)天然的(de)(de)(de)(de)復(fu)雜(za)多體(ti)量(liang)子(zi)(zi)體(ti)系(xi)(xi)，通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)量(liang)子(zi)(zi)調控(kong)技術能(neng)夠對核(he)(he)自(zi)(zi)(zi)旋體(ti)系(xi)(xi)進行精確控(kong)制，從而(er)實(shi)(shi)現(xian)不同的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)(zi)旋多體(ti)模型，這為研究(jiu)(jiu)量(liang)子(zi)(zi)多體(ti)系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)非(fei)平衡動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)提供了自(zi)(zi)(zi)然的(de)(de)(de)(de)、可(ke)調控(kong)的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)平臺。基于團(tuan)隊(dui)多年對核(he)(he)自(zi)(zi)(zi)旋體(ti)系(xi)(xi)量(liang)子(zi)(zi)控(kong)制與量(liang)子(zi)(zi)模擬(ni)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)技術積累(lei)，研究(jiu)(jiu)組通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)精心設計(ji)高(gao)精度的(de)(de)(de)(de)磁(ci)共振脈沖序列(lie)（如(ru)(ru)圖b），對金剛(gang)烷粉末(mo)的(de)(de)(de)(de)固(gu)態核(he)(he)自(zi)(zi)(zi)旋體(ti)系(xi)(xi)（單(dan)個(ge)晶(jing)粒包含(han)109至1012個(ge)核(he)(he)自(zi)(zi)(zi)旋，如(ru)(ru)圖a）進行高(gao)精度量(liang)子(zi)(zi)控(kong)制，利(li)用粉末(mo)樣品(pin)中單(dan)個(ge)晶(jing)粒的(de)(de)(de)(de)晶(jing)軸隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)，實(shi)(shi)驗(yan)實(shi)(shi)現(xian)了一個(ge)相(xiang)互(hu)作用各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)強(qiang)度可(ke)調的(de)(de)(de)(de)隨(sui)機(ji)(ji)相(xiang)互(hu)作用自(zi)(zi)(zi)旋模型。通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)調節各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)強(qiang)度，清晰觀測到(dao)(dao)該模型中的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)(zi)旋退極化(hua)弛豫(yu)(yu)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)程從單(dan)調衰減(jian)(jian)到(dao)(dao)振蕩衰減(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)轉變現(xian)象，這是(shi)在以往的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)中未曾(ceng)觀察(cha)到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)新現(xian)象。研究(jiu)(jiu)組和清華大學(xue)(xue)翟薈教(jiao)授團(tuan)隊(dui)、復(fu)旦(dan)大學(xue)(xue)張鵬飛(fei)教(jiao)授等(deng)(deng)理論(lun)合(he)作者密切合(he)作，通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)小尺度嚴格數(shu)值對角化(hua)、半經(jing)典(dian)近似(si)和非(fei)平衡場(chang)論(lun)方法等(deng)(deng)多種理論(lun)方法和實(shi)(shi)驗(yan)交叉(cha)驗(yan)證，成功揭示(shi)了實(shi)(shi)驗(yan)現(xian)象背后主(zhu)導的(de)(de)(de)(de)非(fei)平衡動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)普(pu)(pu)適(shi)性(xing)——即隨(sui)機(ji)(ji)相(xiang)互(hu)作用自(zi)(zi)(zi)旋模型中自(zi)(zi)(zi)旋退極化(hua)弛豫(yu)(yu)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)可(ke)以被兩個(ge)參(can)數(shu)普(pu)(pu)適(shi)地描(miao)(miao)述（如(ru)(ru)圖c）。這一普(pu)(pu)適(shi)性(xing)揭示(shi)出主(zhu)導自(zi)(zi)(zi)旋弛豫(yu)(yu)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作用過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)程，而(er)這些(xie)相(xiang)互(hu)作用過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)程的(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻(xian)恰好可(ke)以用兩個(ge)簡單(dan)參(can)數(shu)描(miao)(miao)述（如(ru)(ru)圖d）。
(a) 金剛烷粉末樣品及其晶體結構。
(b) 實驗流程和脈沖序列。
(c) 隨機相互作用自旋模型中
自旋退極化弛豫動力學的普適性行為
（數據點描述實驗結果，實線描述理論預期）。
(d) 主導自旋極化弛豫動力學的相互作用過程。
該研究在難以于經典計算機上(shang)模擬的(de)(de)固態量(liang)子(zi)多體系(xi)(xi)統中發現了一(yi)(yi)種(zhong)新的(de)(de)非(fei)平衡量(liang)子(zi)多體動力(li)學(xue)的(de)(de)普適(shi)性行(xing)為(wei)，為(wei)利用(yong)量(liang)子(zi)信(xin)息技術(shu)發現新的(de)(de)物(wu)理規律提(ti)供(gong)了一(yi)(yi)個(ge)很好的(de)(de)例子(zi)。另(ling)外，實驗中所采(cai)用(yong)的(de)(de)方法和(he)手(shou)段也(ye)為(wei)其(qi)他(ta)物(wu)理體系(xi)(xi)（如超冷原子(zi)分子(zi)、NV色心系(xi)(xi)綜等）提(ti)供(gong)了新的(de)(de)思(si)路與(yu)借鑒。該研究對這類復雜系(xi)(xi)統的(de)(de)理解和(he)量(liang)子(zi)科學(xue)技術(shu)的(de)(de)發展(zhan)具有(you)重(zhong)要(yao)的(de)(de)現實意義(yi)，有(you)望引起物(wu)理學(xue)多個(ge)不(bu)同領域(yu)的(de)(de)廣(guang)泛興趣。
作(zuo)者：徐靖 來源(yuan)：人民日報客戶端(duan) 時間：2024-10-18
原文鏈接：//www.peopleapp.com/column/30047010178-500005843170
