湖北日報訊 6月21日，記者從中國科學院精密測量科學與技術(shù)創(chuàng)新研究院獲悉，該院管習文科研團隊與美國萊斯大學科研團隊合作，通過實驗首次確定性觀測到自旋-電荷分離的奇特現(xiàn)象。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《科學》上。
 

　　粒子間復雜的相互作用和系統(tǒng)豐富的內(nèi)部自由度通常給系統(tǒng)物理特性的描述帶來巨大挑戰(zhàn)。自旋-電荷分離是一維量子多體物理中獨特的規(guī)律。通常在一維相互作用電子系統(tǒng)中，其低能激發(fā)可分離成兩種彼此獨立的集體運動模式：一種模式只攜帶自旋，另一種模式只攜帶電荷，這種奇特的現(xiàn)象稱之為自旋-電荷分離。

　　管習文介紹，盡管這方面的研究有40多年歷史，人們也在一維固體材料發(fā)現(xiàn)一些與自旋-電荷分離現(xiàn)象相關(guān)的證據(jù)，然而對于這種現(xiàn)象至今仍缺乏令人信服的實驗驗證，一直是理論和實驗研究難題。

　　中美研究團隊自2018年開始合作，通過量子可積系統(tǒng)理論，在2020年得到一維超冷費米氣體獨特的分數(shù)化準粒子和自旋-電荷分離現(xiàn)象的精確結(jié)果，并給出實驗驗證自旋-電荷分離現(xiàn)象的具體方案。其后，團隊繼續(xù)攻關(guān)，通過囚禁一維超冷原子實驗，分別獨立激發(fā)自旋和電荷的密度波，并測量其相互作用依賴的速度，成功觀測到自旋-電荷分離的奇特現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)該體系中由自旋反向散射引起的非線性朝永-拉亭戈液體效應。

　　據(jù)悉，該研究成果在國際上首次通過超冷原子氣體實驗驗證了自旋-電荷分離現(xiàn)象的朝永-拉亭戈液體理論，并給出非線性拉亭戈液體理論的有力證據(jù)。本項工作解決了自旋-電荷分離現(xiàn)象至今缺乏確定性的實驗驗證的科學難題，彌補了該領域的缺陷，為將來基于原子分子和光物理的精密測量科技提供了新的思想。

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