中性原子量子模拟高温超导电荷-自旋竞争，复旦大学李晓鹏团队合作发现双重超固态新相

理解掺杂莫特绝缘体是揭示高温超导微观物理机制的核心研究任务。近日，李晓鹏团队与戚扬（复旦）教授、严正（西湖大学）研究员开展合作，基于里德堡中性原子量子模拟平台，在玻色型 t-J-V 模型中发现了一种此前未知的“双重超固态”量子物态，为理解高温超导相关的电荷–自旋竞争机制提供了全新视角。qVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

相关研究成果以“Double Supersolid Phase in a Bosonic t-J-V Model with Rydberg Atoms”为题，发表在物理学顶刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.）上。qVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

在强关联体系中，载流子（空穴）的运动与自旋涨落之间的竞争往往主导低能物理图像；其中，t-J 模型被普遍认为是刻画这一竞争机制的经典有效模型。近年来，基于中性原子的量子模拟技术——特别是里德堡原子光镊阵列——取得了革命性进展。复旦大学目前建成了两套原子阵列实验平台，包括铷原子系统和铯原子系统。该平台凭借单原子级别的操控能力和可编程的长程相互作用，为在微观层面模拟高温超导机制、强关联量子体系等复杂量子现象提供了全新的实验途径。进一步的实验探索亟需系统揭示：在强相互作用及长程耦合等参数条件下，原子阵列系统如何涌现超越传统理论框架的新奇量子物态。同时，实验实现具备量子计算优势的量子模拟，也需要发展高效的计算方法进行定量比较与验证。qVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

围绕这一前沿问题，李晓鹏团队与复旦大学教授戚扬、西湖大学研究员严正开展合作，针对中性原子阵列可以实现的玻色型 t-J-V 模型，发展了高效的量子蒙特卡洛方法，实现了对 40×40 原子阵列体系的高精度数值仿真计算。研究发现铷原子的里德堡激发态|78S_1/2,m_J=-1/2⟩, |79,m_J=-1/2⟩, |78P_3/2,m_J=-1/2⟩ ，可以实现强空穴排斥型t-J-V模型的量子模拟。在强空穴排斥(V)下，体系可稳定形成一种全新的量子物态——“双重超固态”（Double Supersolid, DSS）。该物态展现了独特的对称性破缺结构：系统不仅自发破缺晶格平移对称性形成晶体序，还同时破缺了两个独立的 U(1) 对称性，表现为空穴超流与自旋超流的共存。qVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

该发现的关键意义在于：它清晰揭示了里德堡中性原子体系中长程隧穿过程与强相互作用之间的协同作用，从而在更大参数范围内稳定由多种序相互竞争共存的复杂量子态。这一稳定机制与高温超导中条纹相等现象背后的“电荷—自旋竞争”相呼应，也揭示了中性原子量子模拟平台在强关联物理研究中的应用潜力：通过对相互作用与动力学过程的可编程精确调控，能够在高度可控的实验环境中拆解并重构固体材料中难以独立辨析的微观机制，为理解超导与磁性的复杂纠缠提供新的研究视角，并为相关理论图景提供可直接检验的实验平台。qVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

复旦大学物理学系博士研究生陈旷杰为论文第一作者，西湖大学严正研究员和复旦大学李晓鹏教授为共同通讯作者。复旦大学物理学系戚扬教授对该工作亦有重要贡献。该研究工作得到了上海市科委战略前沿专项、上海基础研究特区计划、“量子通信与量子计算机”国家科技重大项目、国家重点研发计划以及国家自然科学基金等的大力支持与资助。qVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/fg7f-zvttqVv知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯