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近日，佛山大學物理與光電工程學院黎永耀教授團隊與以色列理工學院/特拉維夫大學的合作者在偶極渦旋量子液滴的研究中取得重要進展。該團隊從理論上獲得了一種具有強各向異性的穩(wěn)定渦旋量子液滴，相關研究成果以“Strongly anisotropic vortices in dipolar quantum droplets”為題于8月2日發(fā)表在Physical Review Letters上。佛山大學2022級光學工程專業(yè)研究生李桂瀧為論文的第一作者，劉彬副教授和黎永耀教授為論文的通訊作者。值得一提的是，該團隊前期在二維系統(tǒng)中對各向異性渦旋量子液滴的研究為該項工作的完成奠定了重要的研究基礎 [詳見：Front. Phys. 19, 22202 (2024)]。

在自由空間中，讓BEC僅依靠自身內稟相互作用形成穩(wěn)定的渦旋自局域態(tài)是冷原子科學和非線性科學領域中的研究熱點和難點問題。量子液滴的實驗實現(xiàn)為這一問題的探討提供了理想平臺。過去幾年，相關研究主要集中在雙分量無極性玻色系統(tǒng)中。而對于具有極性相互作用的磁性玻色系統(tǒng)，由于偶極–偶極相互作用的各向異性特點，人們無法保證渦旋態(tài)在具有旋轉對稱性的要求下仍保持穩(wěn)定。因此，如何在磁性玻色系統(tǒng)中形成穩(wěn)定的渦旋成為一個尚待解決的問題。

圖1 渦旋量子液滴的兩種構型方案：Type1渦旋軸平行于磁偶極子的極化方向，Type2渦旋軸垂直于磁偶極子的極化方向。

通過前期研究經(jīng)驗的總結，該研究團隊發(fā)現(xiàn)通過犧牲體系的旋轉對稱性，將渦旋軸設置為垂直于原子磁偶極子的極化方向（圖1中的“Type2”構型），渦旋態(tài)的能量可以降至與基態(tài)能量幾乎簡并的狀態(tài)，從而使渦旋量子液滴變得穩(wěn)定。此外，研究還發(fā)現(xiàn)在該設置中，系統(tǒng)還支持一種具有渦旋–反渦旋–渦旋結構的復合渦旋束縛態(tài)，這種具有復合拓撲結構的新型渦旋組合態(tài)可以通過兩個渦旋量子液滴的碰撞獲得。以上的研究結果不僅為量子液滴系統(tǒng)中渦旋態(tài)的魯棒性提供了理論依據(jù)和實驗實現(xiàn)方案，為量子液滴進一步的研究開辟了新的方向，也為孤子領域的各向異性渦旋孤子研究提供了重要的參考價值。

該項目獲得了國家自然科學基金面上項目（No. 12274077）、廣東省自然科學基金青年提升項目（No. 2024A1515030131）等項目的支持。

論文相關鏈接：

Guilong Li, Zibin Zhao, Xunda Jiang, Zhaopin Chen, Bin Liu, Boris A. Malomed, and Yongyao Li, Strongly anisotropic vortices in dipolar quantum droplets, Phys. Rev. Lett. 133, 053804 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.053804

Guilong Li, Xunda Jiang, Bin Liu, Zhaopin Chen, Boris A. Malomed, and Yongyao Li, Two-dimensional anisotropic vortex quantum droplets in dipolar Bose?Einstein condensates, Front. Phys. 19(2), 22202 (2024)

https://journal.hep.com.cn/fop/EN/10.1007/s11467-023-1338-7

作者簡介：

論文由佛山大學量子與非線性科學研究團隊與以色列特拉維夫大學Boris A. Malomed教授合作完成。佛山大學量子與非線性科學研究團隊主要圍繞非線性光學、量子光學和超冷原子氣體等領域展開研究。團隊負責人為黎永耀教授，主持多項國家自然科學基金項目，在相關領域發(fā)表科研論文100余篇。論文第一作者李桂瀧同學為該團隊2022級光學工程專業(yè)研究生，研究方向為超冷原子BEC的非線性動力學和量子液滴，在相關領域發(fā)表科研論文3篇。論文通訊作者之一劉彬副教授為該團隊主要成員，主要研究方向為孤子理論、量子液滴和非線性動力學傳輸理論，曾主持國家自然科學基金青年項目和多項廣東省自然科學基金項目，在相關研究領域發(fā)表科研論文30余篇。Boris A. Malomed教授為國際著名非線性物理科學家，在非線性相關研究領域深耕四十余年，發(fā)表了數(shù)篇具有重要影響力的論文，H指數(shù)88。