近日，东莞理工学院电子工程与智能化学院王红成教授团队从理论上预言了一种存在于自由空间可携带高拓扑荷数的量子液滴。该研究以 “Binary-vortex quantum droplet” 为题，发表在Elsevier出版集团旗下的期刊《Chaos, Solitons and Fractals》（影响影子：5.944，中科院1区top）上。该论文的第一作者黄浩为我校与诺丁汉大学马来西亚校区联合培养的博士生，我院王红成教授和诺丁汉大学马来西亚校区的Chin Seong Lim博士为共同通信作者。

 

量子液滴是基于超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚的一种宏观量子自局域态，源于海森堡不确定性原理导出的量子涨落效应。它的密度比空气小100万倍，是世界上最稀薄的液体。自2016年首次被实验实现以来，迅速成为冷原子物理、凝聚态物理、非线性科学等领域的研究热点，不仅可用于多体局域和量子多体问题的研究，在量子信息处理、原子干涉仪、精密测量等方面也有重要的应用价值。

 

这篇文章研究了自由空间中李黄杨修正和平均场效应共同作用下的量子液滴及其稳定性。在该系统中发现了三种类型的量子液滴，一种属于基态，另外两种属于激发态。研究表明，随着耦合相互作用强度的改变，激发态的半涡旋量子液滴在拓扑数大于1时可呈现钟形或环形等两种类型的量子液滴形态（图1）。该研究首次发现携带8个拓扑荷的高阶半涡旋孤子仍可以稳定存在。该论文还研究了双涡旋量子液滴（两个分量有不同的涡旋度）的存在性及稳定性，并绘制了双涡旋量子液滴的稳定区域图（图2、图3）。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.chaos.2022.112079

 

图一：（a）半涡旋量子液滴的化学势能随着耦合强度的变化图。

（b1,b2）拥有钟形基态分量的半涡旋量子液滴。

（b3,b4）拥有环形基态分量的半涡旋量子液滴。

 

 

图二：双涡旋量子液滴和它的相位图。

 

图三: 双涡旋量子液滴的稳定区域图和动力学演化图。

 

（撰稿：黄晓园；初审：李艳霞；复审：王红成；终审：胡耀华）