近日，理论物理研究所余增强教授、物理电子工程学院贺丽副教授与中国科学技术大学易为教授研究组合作，在量子气液相变理论研究中取得进展，相关成果发表在美国物理学会旗下的《物理评论快报》上。

气液凝聚是相变理论中的经典范例。传统气液凝聚是由温度驱动的热力学相变，气液共存线在临界点终止。由于临界点温度一般远高于量子简并温度，经典气液相变的临界行为几乎不体现任何量子效应。近年来，冷原子自束缚液滴的实现引发了广泛的研究关注。与通常的冷原子气体不同，处于自束缚态的原子即使没有外势场的约束，也能在自由空间中保持有限体积，表现出独有的量子液体特性。这个发现为研究深度量子简并条件下的气液相变铺平了道路。

在新发表的理论工作中，余增强教授团队与合作者从包含量子涨落贡献的物态方程出发，系统考察了同时具有排斥和吸引相互作用的二元玻色混合体在绝对零度下的量子气液相变。研究发现，该体系在平均场弱失稳区间，可以通过原子组分的调控实现自束缚液态到两类不同的气液共存态的转变，这两类气液共存态分别终止于不同的量子临界点。在量子临界点附近，体系表现出声子模软化、关联长度发散等丰富的临界奇异行为。这些结果不仅揭示了自束缚冷原子体系的量子临界特征，也为探索其他形式的量子气液凝聚相变提供了有价值的参考。

图1 冷原子二元玻色混合体系在平均场失稳区间的基态相图。★表示气液相变的量子临界点。右侧分别为自束缚液态和两类气液共存态的示意图。

图2 在量子临界点附近声子模和关联长度的临界特征。

该研究工作得到了国家自然科学基金和山西省“1331工程”重点学科建设基金的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.193001