超冷原子量子氣體具有優越的可調控性，利用菲施巴赫共振可以控制原子的相互作用，為在量子多體系統中合成人工規范場及研究相互作用的影響提供了一個理想的實驗平臺。目前，實驗上已經發展了多種方法合成規范場，并觀測到了手征性原子流和拓撲特性。然而，這些研究主要聚焦在單粒子模型和弱相互作用范圍，對于相互作用和規范場之間的競爭機制尚未深入研究。
近日，山西大學教授賈鎖堂、馬杰，副教授李玉清課題組與中國科學技術大學教授易為合作，首次在相互作用可精確調控的超冷銫原子玻色量子氣體中合成了幾何阻挫的三角形動量晶格，通過控制格點間的隧穿相位產生了人工規范場，揭示了原子相互作用、規范場和幾何阻挫之間的競爭機制。研究結果展現了相互作用可以誘導三角形動量晶格中超冷原子的局域化，且局域化的轉變點依賴于規范場，觀測到超冷原子偏向性的手征性動力學，證明了幾何阻挫效應導致三角形格子兩條鏈之間的對稱性發生動力學破缺。該成果以《觀測相互作用三角形動量晶格中的阻挫手征性動力學》為題發表在《自然-通訊》。
基于相互作用可控的銫原子玻色愛因斯坦凝聚，團隊將研究目標定到了量子模擬，主要的外場操控手段選擇了當前熱門的合成維度：動量晶格。利用多光束布拉格散射過程耦合原子的離散動量態，在動量空間構建格點模型。動量晶格具有單格點分辨的調控能力，包括精確控制隧穿強度、隧穿相位和在位能。李玉清在討論中提出在三角形動量晶格中合成人工規范場，進一步調節原子相互作用，可以研究規范場、相互作用和幾何阻挫間的競爭機制。
李玉清為論文第一作者，馬杰和易為是通訊作者，博士杜惠瑛、王云飛，副教授梁軍軍、教授肖連團、賈鎖堂共同參與了該項研究工作。該工作得國家基金委重點國際合作項目、重大研究計劃培育項目、面上項目、山西省基礎研究計劃優秀青年項目等科研項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43204-3