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观察双极性超固体中的涡旋。

Observation of vortices in a dipolar supersolid.

机构信息

Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Innsbruck, Austria.

Universität Innsbruck, Fakultät für Mathematik, Informatik und Physik, Institut für Experimentalphysik, Innsbruck, Austria.

出版信息

Nature. 2024 Nov;635(8038):327-331. doi: 10.1038/s41586-024-08149-7. Epub 2024 Nov 6.

DOI:10.1038/s41586-024-08149-7
PMID:39506121
Abstract

Supersolids are states of matter that spontaneously break two continuous symmetries: translational invariance owing to the appearance of a crystal structure and phase invariance owing to phase locking of single-particle wavefunctions, responsible for superfluid phenomena. Although originally predicted to be present in solid helium, ultracold quantum gases provided a first platform to observe supersolids, with particular success coming from dipolar atoms. Phase locking in dipolar supersolids has been investigated through, for example, measurements of the phase coherence and gapless Goldstone modes, but quantized vortices, a hydrodynamic fingerprint of superfluidity, have not yet been observed. Here, with the prerequisite pieces at our disposal, namely a method to generate vortices in dipolar gases and supersolids with two-dimensional crystalline order, we report on the theoretical investigation and experimental observation of vortices in the supersolid phase (SSP). Our work reveals a fundamental difference in vortex seeding dynamics between unmodulated and modulated quantum fluids. This opens the door to study the hydrodynamic properties of exotic quantum systems with numerous spontaneously broken symmetries, in disparate domains such as quantum crystals and neutron stars.

摘要

超固体是物质的一种状态,它自发地打破了两种连续对称性:由于晶体结构的出现而导致的平移不变性,以及由于单粒子波函数的相位锁定而导致的相位不变性,这两种对称性导致了超流现象。尽管最初预测固态氦中存在超固体,但超冷量子气体提供了第一个观察超固体的平台,其中偶极原子尤其成功。通过测量相位相干性和无能隙 Goldstone 模式等方法,已经研究了偶极超固体中的相位锁定,但尚未观察到量子涡旋,这是超流动性的一种流体力学特征。在这里,在我们掌握的先决条件的基础上,即一种在具有二维晶体有序的偶极气体和超固体中产生涡旋的方法,我们报告了超固体相中涡旋的理论研究和实验观察(SSP)。我们的工作揭示了未调制和调制量子流体中涡旋种子动力学的基本差异。这为研究具有众多自发破缺对称性的奇异量子系统的流体力学性质开辟了道路,这些系统存在于量子晶体和中子星等不同领域。

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