光晶格-超冷原子系统中拓扑量子相及其性质的研究

自旋电子学的最近发展导致量子自旋霍尔效应的发现，量子自旋霍尔相有体能隙和受到拓扑保护的无能隙边缘态存在，又被称为拓扑绝缘体。由于拓扑绝缘体有很多奇异的性质，从而，包括拓扑绝缘体在内的拓扑量子相成为物理研究的一个热点。因此，在各种材料和系统中寻找拓扑量子相并研究其性质成为一个重要的研究任务。光晶格-超冷原子系统由于其易控制操作、设计多样等优点，使其有潜力成为研究拓扑量子相的一个良好平台。本项目致力于在光晶格-超冷原子系统产生各种拓扑量子相的方案，以该系统为研究平台对各种拓扑量子相的性质进行研究。具体内容为设计产生二维、三维量子自旋霍尔态和拓扑超流态的方案，并研究其性质，如边缘态行为等；研究原子之间相互作用、无序等条件对拓扑量子相的性质和稳定性的影响；建立新预言拓扑量子相的理论模型，设计在光晶格-超冷原子系统中实现新拓扑量子相的实验方案。

我们研究了方晶格中隐藏对称保护的拓扑半金属，在此项研究中我们发现了一系列光晶格中可以有拓扑Weyl半金属存在，这些光晶格还具有一种奇异的对称性。这种奇异的对称性以前很少有人研究过，是一种反幺正对称性，同时它又是一种复合对称。这种奇异对称性和Weyl节点的出现有着密切的关系，Weyl节点的能级简并就是由这种对称性保护的。此项研究为我们项目中的重要突破，研究成果发表在Physical Review Letters上。我们还研究了Rashba自旋-轨道耦合宝石型晶格中拓扑绝缘体，石墨炔中的拓扑绝缘体，以及八面体修饰的立方晶格中的三维拓扑绝缘体。另外我们还研究了Lipkin-Meshkov-Glick模型中热纠缠。