科技日报记者 夏凡 通讯员 姚瑶
记者28日从宁波东方理工大学获悉，该校余雪佳团队联合湖南大学、浙江大学，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，余雪佳团队等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。
研究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。这些结果表明，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。
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