近日，佛山大学物理与光电工程学院黎永耀教授团队与以色列理工学院/特拉维夫大学的合作者在偶极涡旋量子液滴的研究中取得重要进展。该团队从理论上获得了一种具有强各向异性的稳定涡旋量子液滴，相关研究成果以“Strongly anisotropic vortices in dipolar quantum droplets”为题于8月2日发表在Physical Review Letters上。佛山大学2022级光学工程专业研究生李桂泷为论文的第一作者，刘彬副教授和黎永耀教授为论文的通讯作者。值得一提的是，该团队前期在二维系统中对各向异性涡旋量子液滴的研究为该项工作的完成奠定了重要的研究基础 [详见：Front. Phys. 19, 22202 (2024)]。

在自由空间中，让BEC仅依靠自身内禀相互作用形成稳定的涡旋自局域态是冷原子科学和非线性科学领域中的研究热点和难点问题。量子液滴的实验实现为这一问题的探讨提供了理想平台。过去几年，相关研究主要集中在双分量无极性玻色系统中。而对于具有极性相互作用的磁性玻色系统，由于偶极–偶极相互作用的各向异性特点，人们无法保证涡旋态在具有旋转对称性的要求下仍保持稳定。因此，如何在磁性玻色系统中形成稳定的涡旋成为一个尚待解决的问题。

图1 涡旋量子液滴的两种构型方案：Type1涡旋轴平行于磁偶极子的极化方向，Type2涡旋轴垂直于磁偶极子的极化方向。

通过前期研究经验的总结，该研究团队发现通过牺牲体系的旋转对称性，将涡旋轴设置为垂直于原子磁偶极子的极化方向（图1中的“Type2”构型），涡旋态的能量可以降至与基态能量几乎简并的状态，从而使涡旋量子液滴变得稳定。此外，研究还发现在该设置中，系统还支持一种具有涡旋–反涡旋–涡旋结构的复合涡旋束缚态，这种具有复合拓扑结构的新型涡旋组合态可以通过两个涡旋量子液滴的碰撞获得。以上的研究结果不仅为量子液滴系统中涡旋态的鲁棒性提供了理论依据和实验实现方案，为量子液滴进一步的研究开辟了新的方向，也为孤子领域的各向异性涡旋孤子研究提供了重要的参考价值。

该项目获得了国家自然科学基金面上项目（No. 12274077）、广东省自然科学基金青年提升项目（No. 2024A1515030131）等项目的支持。

论文相关链接：

Guilong Li, Zibin Zhao, Xunda Jiang, Zhaopin Chen, Bin Liu, Boris A. Malomed, and Yongyao Li, Strongly anisotropic vortices in dipolar quantum droplets, Phys. Rev. Lett. 133, 053804 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.053804

Guilong Li, Xunda Jiang, Bin Liu, Zhaopin Chen, Boris A. Malomed, and Yongyao Li, Two-dimensional anisotropic vortex quantum droplets in dipolar Bose−Einstein condensates, Front. Phys. 19(2), 22202 (2024)

https://journal.hep.com.cn/fop/EN/10.1007/s11467-023-1338-7

作者简介：

论文由佛山大学量子与非线性科学研究团队与以色列特拉维夫大学Boris A. Malomed教授合作完成。佛山大学量子与非线性科学研究团队主要围绕非线性光学、量子光学和超冷原子气体等领域展开研究。团队负责人为黎永耀教授，主持多项国家自然科学基金项目，在相关领域发表科研论文100余篇。论文第一作者李桂泷同学为该团队2022级光学工程专业研究生，研究方向为超冷原子BEC的非线性动力学和量子液滴，在相关领域发表科研论文3篇。论文通讯作者之一刘彬副教授为该团队主要成员，主要研究方向为孤子理论、量子液滴和非线性动力学传输理论，曾主持国家自然科学基金青年项目和多项广东省自然科学基金项目，在相关研究领域发表科研论文30余篇。Boris A. Malomed教授为国际著名非线性物理科学家，在非线性相关研究领域深耕四十余年，发表了数篇具有重要影响力的论文，H指数88。