近日，中国科学院国家授时中心研究员张首刚、张晓斐带领的研究团队与中国人民大学合作，在冷原子理论研究方面取得突破性进展。该团队在国际上首次从理论上预测了具有Rashba自旋轨道耦合的软核超冷玻色凝聚体中具有手征性的超固态，相关成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

超固态是科学家在上世纪六七十年代预言的一种奇异物质状态，它同时具有固体和超流体的性质。2004年美国宾州州立大学的实验组在Nature 和Science 分别发表论文，宣称在超冷氦4中发现了超固态，引起了科学家的广泛争论。2017年著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者Wolfgang Ketterle研究组利用布拉格衍射技术在自旋轨道耦合的玻色爱因斯坦凝聚中首次实验观测到了具有超固性质的条纹态，标志着超固现象研究的重大突破。

目前，具有二维自旋轨道耦合玻色凝聚体中的超固态成为了冷原子理论和实验的前沿焦点。授时中心研究团队设计了一个全新的超冷原子系统，使超固体在自旋轨道耦合作用下表现出非平庸的量子流体动力特性和磁性特性。同时，研究发现超固晶胞中的原子会沿某一方向自发地循环流动，在没有外加旋转的情况下自发产生了非零角动量，与磁性材料中的斯格明子晶格具有相似的非平庸拓扑自旋结构。这一发现使人类对自旋轨道耦合和超固现象有了新的认识，为探索和发现新奇量子态开辟了新的方向。

这一新奇量子态在实验实现上还面临诸多困难，其中一个关键性问题是如何实现特定形式的自旋轨道耦合。该研究团队将在未来利用授时中心成熟的冷原子光钟系统以及光钟研制方面的技术积累，通过合作，力争突破传统冷原子系统面临的技术瓶颈，实现高性能冷原子光钟。

该工作的论文第一作者是授时中心副研究员韩伟。相关研究工作得到了国家自然科学基金、中科院“西部之光”、中科院青促会等的支持。

文章链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.030404