【科研进展】全息时空超固体：一种新奇的非平衡量子物态

近日，上海交通大学物理与天文学院蔡子教授、Baggioli副教授与国科大田雨教授、北师大张宏宝副教授合作，提出了一种新奇的非平衡量子物态：全息时空超固体。

相关工作以“Holographic Dissipative Spacetime Supersolids”为题发表于Physical Review Letters.

对称性及其自发破缺在物态的研究中扮演了核心角色。例如，在固体物理中，人们通过空间平移和旋转对称性的自发破缺对不同的晶体进行分类。对于非平衡物态，时间维度的引入极大的丰富了对称性及其自发破缺的种类，进而可能产生出平衡态下不存在的新奇物相。例如，平移对称性的自发破缺不仅可以发生在空间维度，也可以发生在时间维度，后者被诺贝尔奖得主Wilczek教授命名为“时间晶体”。这一非平衡量子物态已成为当前量子物理研究的重要前沿。这一领域的一个重要问题是，当时间平移对称性和其他对称性（例如空间对称性或系统内禀对称性）交互作用时，能够产生怎样的新奇物态？这类物态往往同时破坏多种对称性，这类复杂的对称破缺态对于热涨落和量子涨落的稳定性如何？长期以来，由于对于非平衡量子多体系统缺少合适的研究手段，人们对于这些问题的了解极其有限。

图1

（左图）全息时空超固体示意图

（右图）驱动-耗散玻色系统相图

针对这些困难，上海交通大学物理学院蔡子教授、Baggioli副教授与国科大田雨教授团队、北师大张宏宝副教授合作，将弦论中的全息对偶方法推广到非平衡量子系统。这一方法的基本思想是将一个强耦合的量子多体系统对偶到一个高一维的黑洞系统的边界，通过求解这一引力系统在边界上的渐进行为，运用AdS-CFT对应，得到相应量子多体系统的信息。通过这一方法，他们研究了一种驱动-耗散的相互作用玻色系统，发现了一种新奇的非平衡量子物态：全息时空超固体。这一量子物态不仅同时自发破坏了时间和空间平移对称性，还破坏了玻色系统内禀的U(1)对称性。同时，研究表明，当环境温度上升时，系统的时空平移对称同时被恢复，达到一种同步超流态。随着温度继续上升，U(1)对称性被恢复，系统进入玻色子的正常态（见图1）。这一研究拓展了人们对于非平衡量子物态及其稳定性的认识。

该论文第一作者为上海交通大学维尔切克量子中心博士后杨鹏（博士毕业于中科院大学），上海交通大学物理学院蔡子教授、Baggioli副教授、国科大田雨教授、北师大张宏宝副教授为共同通讯作者。该工作得到了科技部重点研发计划、自然基金委面上项目，上海市重大项目，上海市面上项目的支持。

论文链接（点击阅读原文查看）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.221601

图文编辑：刘真

责任编辑：叶丹、朱敏

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