超冷原子量子气体具有优越的可调控性，利用菲施巴赫共振可以控制原子的相互作用，为在量子多体系统中合成人工规范场及研究相互作用的影响提供了一个理想的实验平台。目前，实验上已经发展了多种方法合成规范场，并观测到了手征性原子流和拓扑特性。然而，这些研究主要聚焦在单粒子模型和弱相互作用范围，对于相互作用和规范场之间的竞争机制尚未深入研究。
近日，山西大学教授贾锁堂、马杰，副教授李玉清课题组与中国科学技术大学教授易为合作，首次在相互作用可精确调控的超冷铯原子玻色量子气体中合成了几何阻挫的三角形动量晶格，通过控制格点间的隧穿相位产生了人工规范场，揭示了原子相互作用、规范场和几何阻挫之间的竞争机制。研究结果展现了相互作用可以诱导三角形动量晶格中超冷原子的局域化，且局域化的转变点依赖于规范场，观测到超冷原子偏向性的手征性动力学，证明了几何阻挫效应导致三角形格子两条链之间的对称性发生动力学破缺。该成果以《观测相互作用三角形动量晶格中的阻挫手征性动力学》为题发表在《自然-通讯》。
基于相互作用可控的铯原子玻色爱因斯坦凝聚，团队将研究目标定到了量子模拟，主要的外场操控手段选择了当前热门的合成维度：动量晶格。利用多光束布拉格散射过程耦合原子的离散动量态，在动量空间构建格点模型。动量晶格具有单格点分辨的调控能力，包括精确控制隧穿强度、隧穿相位和在位能。李玉清在讨论中提出在三角形动量晶格中合成人工规范场，进一步调节原子相互作用，可以研究规范场、相互作用和几何阻挫间的竞争机制。
李玉清为论文第一作者，马杰和易为是通讯作者，博士杜惠瑛、王云飞，副教授梁军军、教授肖连团、贾锁堂共同参与了该项研究工作。该工作得国家基金委重点国际合作项目、重大研究计划培育项目、面上项目、山西省基础研究计划优秀青年项目等科研项目的资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43204-3
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