武汉物数所在量子气体临界性理论研究中取得进展

　　近日，中国科学院武汉物理与数学研究所管习文研究员与香港中文大学周琦教授合作，在关于冷原子量子多体系统中的两体关联和临界性的研究中取得了新进展，其研究结果发表于《自然·通讯》(Nature Communications)。

　　量子多体系统是凝聚态物理学中极其重要的研究领域，特别是近些年在冷原子的研究方面，美国的檀时钠教授发现两体短程关联刻画了稀薄冷原子多体系统的普适行为。这种两体短程关联反应了在短距离极限下发现两个冷原子的几率，现在被称为Tan Contact。另一方面，量子临界性是量子多体系统在相变临界点附近所表现出的集体关联普适规律。如何理解超流与正常费米气体在相转变温度附近的Tan Contact 成为该研究的热点。

　　在这篇《自然·通讯》文章中，他们发现Tan Contact 的二体短程关联和多体临界现象之间存在深刻的内在关系。通过普适的热力学微分形式，建立了Tan Contact 与热力学量及超流密度之间的直接关系。此外，他们还发现Tan Contact 本身可给出连续量子相变的普适的临界行为，包括标度函数、动力学临界指数、关联函数临界指数、Luttinger流体行为等。这些结果将拓展 Tan Contact 在冷原子实际实验测量的应用。

　　重要的是，他们的理论对理解最近试验上对超流与正常费米气体相转变温度附近的Tan Contact直接提供了定性理解。他们应用一维精确可解杨-Gaudin模型完全验证了这些普适的关系。研究表明，在连续的经典或者量子相变中，Tan Contact的临界指数可以表明其所属的普适类，而其对密度比值的临界行为与化学势临界值密切相关。

　　作为一个典型的例子，他们对两组份一维费米系统进行了研究，通过系统的严格解得到了Tan Contact的普适标度规律，解析证实了这一结果。在温度逐渐降低至临界区域附近时，系统的Tan Contact逐渐趋于一个常数（图），这为实验上界定一维系统的临界区域及理解普适的Luttinger流体行为提供了可靠的理论基础。

　　在此工作中，量子课题组的研究生陈洋洋和助研姜玉铸做了主要理论计算工作。该研究也得到了国家“973”项目2012CB922101和国家自然科学基金委项目（N011374331）和（N011304357）的支持。