張威 研究組 供稿 

中國人民大學張威教授和北京大學劉雄軍教授、中國科大易為教授合作，在理論上預言并刻畫了一種同時由局域序參量及非局域拓撲不變量表征的新奇拓撲超輻射相。該成果以“Topological superradiant states in a degenerate Fermi gas”為題于7月22日發表在國際權威物理學雜志《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

近年來拓撲相及拓撲相變受到凝聚態物理，冷原子物理等領域研究人員的廣泛關注。與傳統相變不同，拓撲相變的發生一般并不伴隨著對稱性的破缺或者局域序參量的改變，而是由非局域拓撲不變量刻畫。作為聯系兩類截然不同的量子物相的橋梁，同時由局域序參量及拓撲不變量刻畫的新奇物相一直為人們所關注。

張威研究組與其合作者發現，置于光學腔中的雙分量簡并費米氣體會在原子內態與腔場相互作用下出現等效的自旋軌道耦合作用。通過調節腔的輸入光場，體系在長時極限下的穩態可以被驅動到一種新奇的拓撲超輻射態上。在拓撲超輻射態上，光腔中產生大量光子，費米氣體中出現密度調制；同時，體系也會獲得類似手性拓撲絕緣體的拓撲非平庸性質。研究組通過計算完整展示了體系的穩態相圖，刻畫了拓撲超輻射相的拓撲相變，揭示了光場強度、氣體密度分布等參量與體能隙、拓撲不變量等拓撲相變參數間的相互聯系，并依此提出根據腔光場變化及費米氣體動量分布探測拓撲相變的實驗方案。這一研究成果對新奇拓撲相變的研究有重要理論意義，同時也是超冷原子氣體與腔動力學復合體系研究的前沿進展。

這項工作得到國家基金委、科技部、中科院、中國人民大學的支持。

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