我国科学家在量子相变领域取得重要理论突破
IT之家 8 月 29 日消息，宁波东方理工大学余雪佳团队联合湖南大学、浙江大学相关研究团队，在量子相变与临界现象领域取得重要理论突破。 研究首次揭示了一种由临界点拓扑边缘态主导的反常动力学行为，对传统量子相变动力学中的 Kibble-Zurek（KZ）机制提出了挑战。相关成果已发表于国际物理学期刊《物理评论快报》。 IT之家注：Kibble-Zurek 机制是描述系统通过连续相变时非平衡动力学的理论框架，最初用于解释早期宇宙中拓扑缺陷的形成。 拓扑本是数学概念，指物体在连续变形下保持不变的全局性质。物理中的拓扑物态是物质展现出的一种新型稳定状态。在极低温度下，量子系统会呈现出不同物相，相变发生的临界点是理解物质普适性质的关键。传统观点认为，拓扑边缘态不可能存在于无能隙的量子临界点。 长期以来，物理学家主要依靠朗道对称性破缺理论描述相变，即相变源于某种对称性的变化。自 2021 年起，余雪佳团队等逐渐发现，即使在无能隙的量子临界点中，依然存在丰富的拓扑物理现象。这种新型量子临界现象超越了朗道对称性破缺理论的描述框架。 KZ 机制是传统刻画量子相变动力学的标准理论。在此次研究中，余雪佳团队聚焦非平衡动力学问题，研究了拓扑不等价量子临界点在驱动过程中的动力学标度行为，首次发现量子临界点的非平庸拓扑边缘态会诱导出超越传统 KZ 框架的反常标度行为。 团队研究了横场伊辛模型和团簇伊辛模型量子临界点的驱动动力学。结果发现，尽管两者的体态动力学均符合标准 KZ 标度，但边界动力学截然不同：前者呈现常规 KZ 行为，后者则表现出偏离传统理论预测的修正幂律标度。该反常标度在不可严格可解的量子 Potts 链中，通过张量网络数值模拟得到了进一步验证。为揭示其统一起源，团队还在自由费米子模型中研究了拓扑不等价临界点的驱动动力学，同样发现拓扑非平庸临界点具有类似的反常边缘激发标度行为。 研究表明，临界点处稳定的拓扑边缘态是驱动反常普适动力学行为的核心要素，为观测超越 KZ 框架的动力学现象建立了一种全新机制。 IT之家附论文地址： https://doi.org/10.1103/mqr4-wnny