我国科研团队在量子相变领域获重要理论突破

近日，宁波东方理工大学余雪佳团队联合湖南大学、浙江大学相关研究团队，在量子相变与临界现象领域取得重要理论突破，首次揭示了一种由临界点拓扑边缘态主导的反常动力学行为，对传统量子相变动力学中的Kibble—Zurek（KZ）机制提出了挑战，为在现代量子模拟平台上探测临界点拓扑性质开辟了新途径。相关成果发表在国际物理学期刊《物理评论快报》上。

拓扑本是数学概念，指的是那些无论如何拉扯、弯曲，只要不撕裂断开，形状本质不变的性质。物理中的拓扑物态，则是物质展现出的一种新的稳定状态。在极低温度下，量子系统会呈现出不同的物相，相变发生的临界点是理解物质普适性质的关键。传统观点认为，拓扑边缘态不可能存在于无能隙的量子临界点。

长期以来，物理学家主要依靠朗道对称性破缺理论来描述相变——即相变源于某种对称性的变化，并由一组临界指数唯一确定其普适类。自2021年起，相关研究团队逐渐发现，即使在无能隙的量子临界点中，依然存在丰富的拓扑物理现象。这种新型量子临界现象，超越了朗道对称性破缺理论的描述。

KZ机制是传统刻画量子相变动力学的标准理论。在该研究中，余雪佳团队聚焦非平衡动力学问题，研究了拓扑不等价量子临界点在驱动过程中的动力学标度行为，首次发现量子临界点的非平庸拓扑边缘态会诱导出超越传统KZ框架的反常标度行为。

团队研究了横场伊辛模型和团簇伊辛模型量子临界点的驱动动力学，发现尽管两者的体态动力学均符合标准KZ标度，但边界动力学截然不同：前者呈现常规KZ行为，后者则表现出偏离传统理论预测的修正幂律标度。该反常标度在不可严格可解的量子Potts链中，通过张量网络数值模拟得到了进一步验证。为了揭示其统一起源，团队还在自由费米子模型中研究了拓扑不等价临界点的驱动动力学，同样发现拓扑非平庸临界点具有类似的反常边缘激发标度行为。

研究表明，临界点处稳定的拓扑边缘态是驱动反常普适动力学行为的核心要素，从而为观测超越KZ框架的动力学现象建立起一种全新机制。