读创/深圳商报首席采访人员吴吉
“最开始的时候 , 我什么都不懂 , 连实验室里需要配备些什么都一窍不通”……就是这位一连说了好几次“什么都不懂”的科技工作者 , 却实现了量子物理研究领域的新突破 。 他就是南方科技大学物理系副教授、量子科学与工程研究院创始研究员许志芳 。
近日 , 许志芳领导的团队与南科大量子科学与工程研究院和美国匹兹堡大学教授刘文胜以及德国汉堡大学教授AndreasHemmerich合作 , 在实验室中首次观测到类六角氮化硼光晶格上由相互作用诱导的具有拓扑准粒子激发的全局原子手性超流 。 研究成果今年8月发表在国际顶尖学术期刊《自然》上 。
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灵光一现 , 困扰许久的难题迎刃而解
许志芳课题组此次取得的重要进展 , 是首次通过实验观测到了全局原子手性超流 , 其中两个很重要的特征就是有非零的全局角动量和拓扑准粒子激发 。 据许志芳介绍 , 这种拓扑的超流或者超导体是凝聚态物理中的一个前沿领域 。 “以前的实验实现的是总角动量为零的手性超流 , 这种超流不具有拓扑的准粒子激发 。 在科学界 , 寻找一种具有内禀拓扑超导电性或超流性的天然或人造材料是一个重要的研究课题 。 而我最近一些年都在研究具有拓扑准粒子激发的玻色超流 , 包括理论探索和实验的实现方案 。 最终 , 我们目前的实验就实现了具有拓扑准粒子激发的玻色p+ip超流 。 ”这个最新进展填补了量子物理学界的一项空白 , 为今后的物理研究提供了“从理论走向实验”的更多可能 。
【读创/深圳商报首席记者 吴吉“最开始的时候|科创会客厅丨南科大许志芳:登上《自然》的突破性成果,竟然从“什么都不懂”开始】许志芳研究的领域是“冷原子物理” , 简言之就是通过激光制冷技术把原子的运动速度降低 。 在低温情况下 , 原子的波动性很明显 , 可以有利于科学家对原子展开更深入的研究 。 而此次登上《自然》的研究成果 , 最大的突破也是通过制冷在实验上首次观测到由相互作用诱导的具有拓扑准粒子激发的全局原子手性超流 。 “通过前期的理论计算 , 我们发现 , 想要实现第二条能带原子再凝聚的过程非常困难 , 需要想办法将BEC原子的温度冷却到更低 。 也正是因为这个难点 , 让整个科学界都裹足不前 。 如何将光晶格中原子的热量带走?一开始 , 我们在这个问题上也尝试了很多方法 , 但效果并不是很好 。 ”许志芳说 , 为了打破这个瓶颈 , 整个科学界都在绞尽脑汁 。
而帮助许志芳课题组捅破窗户纸的 , 是偶然的灵光一现 。 他说:“有一天 , 课题组的王小琼博士(本论文第一作者)在一次实验间隙小憩醒来 , 突然想到一个非常巧妙且不难实现的方法——把光阱阱深降一降 。 这一巧妙操作之后 , 我们就马上观测到高轨道原子的寿命变长了 , 温度更低 。 这是非常重要的一步 , 有了这一步 , 我们之后很快就观测到了此次论文中提到的相互作用诱导的时间反演性破缺形成的全局手性超流体的形成过程 , 这标志着我们的实验取得了预期的结果 。 ”
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许志芳老师
前沿研究 , 居然从“什么都不懂”开始
许志芳团队的成功 , 看上去是偶然间被灵感的“苹果”砸中了头 , 可实际上 , 背后是一串长长的足迹……
这项研究持续了多长时间?这个简单的问题 , 却把许志芳难住了 。 该如何界定研究的时间呢?“这个研究是在2019年才正式启动 , 但其实之前 , 我在做理论研究时就对这个领域有着长久的思考和积累” , 许志芳说 , “遗憾的是 , 当时国内对我所做理论感兴趣的实验小组几乎没有” 。 只有理论 , 没有实验 , 自己的想法该如何被印证?2017年加盟南科大后 , 许志芳萌生了一个大胆的想法——我要自己转型做实验!
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