近日，西湖大学李牮研究团队发现在自旋-轨道角动量耦合作用下的超冷原子费米气体中具有分立旋转对称的涡旋基态。这一奇异涡旋态自发破缺了连续旋转对称性，显著区别于通常遵守旋转对称的单涡旋态。研究成果以“Exotic Vortex States with Discrete Rotational Symmetry in Atomic Fermi Gases with Spin-Orbital–Angular-Momentum Coupling”为题发表在Physical Review Letters上。该工作是和首都师范大学合作完成，西湖大学李牮实验室助理研究员王亮亮为第一作者，李牮研究员和首都师范大学孙青副教授为共同通讯作者，纪安春教授参与合作研究。
原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.193401
近年来，冷原子自旋轨道耦合的实现使得利用中性原子来模拟规范场中的电子行为成为可能。过去人们聚焦于自旋-线性动量耦合的影响，揭示了很多新奇的量子效应。最近，通过将拉盖尔-高斯光的轨道角动量转移给原子，原子的自旋-轨道角动量耦合得以实现并受到广泛关注。相比于具有空间平移对称性的自旋-线性动量耦合，自旋-轨道角动量耦合体系一般具有旋转对称性并具有分立的能谱，可以预期这会强烈影响吸引费米气体的超流行为。
该研究通过自洽求解Bogoliubov-de Gennes方程，系统研究了具有自旋-轨道角动量耦合的费米气体超流性。我们发现自旋-轨道角动量耦合、双光子失谐和原子间吸引相互作用的共同影响会驱动费米子间具有非零总角动量的配对行为，产生一系列具有涡旋结构的超流基态，特别是在一定条件下会出现由多个角动量配对主导的自发破缺旋转对称的奇异涡旋态。该成果对于多体费米系统的拓扑低能激发和新奇物态研究具有重要意义。
本研究工作得到了国家自然科学基金，西湖教育基金会、浙江自然科学基金、北京市教育委员会基金的资助。
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