近日，我所贾锁堂教授、马杰教授、李玉清副教授实验课题组与中国科技大学易为教授合作，在几何阻挫三角形动量晶格中相互作用超冷原子人工规范场的研究方面取得突破性进展，相关研究成果以题为“Observation of frustrated chiral dynamics in an interacting triangular flux ladder”发表在Nature Communication。我所李玉清副教授为论文第一作者，马杰和易为两位教授为通讯作者，杜惠瑛博士、王云飞博士、梁军军副教授、肖连团教授和贾锁堂教授共同参与了该项研究工作。

研究团队首次在相互作用可精确调控的超冷原子玻色量子气体中合成了几何阻挫的三角形动量晶格，通过控制格点间的隧穿相位产生了人工规范场，揭示了原子相互作用、规范场和几何阻挫之间的竞争机制。研究结果展现了相互作用可以诱导三角形动量晶格中超冷原子的局域化，且局域化的转变点依赖于规范场，观测到超冷原子偏向性的手征性动力学，证明了几何阻挫效应导致三角形格子两条链之间的对称性发生动力学破却。

利用超冷铯原子在低磁场下的宽带Feshbach共振精确调控原子间相互作用，结合动量晶格单格点分辨的操控和探测技术，为在三角形动量晶格中产生可调的人工规范场、研究相互作用对超冷原子手征性动力学的影响提供了理想的实验平台。将超冷原子样品初始化到单格点上，通过测量三角形动量晶格中原子的布居动力学演化，研究了相互作用对不同人工规范场下超冷原子手征性动力学的影响。在强相互作用下，所有原子被局域化到初始格点，原子的手征性输运被抑制，而且局域化的转变点依赖于规范场。然而，在较强的相互作用和规范场下，原子展现出链依赖的偏向性手征性动力学，其中原子的手征性输运仍然存在，但原子主要占据在三角形动量晶格两条链中的一条，两条链之间对称被动力学破缺。相比于正方形动量晶格，这种偏向性手征性动力学可以归因于三角形动量晶格的几何阻挫效应。最后，根据依赖于相互作用和规范场的动力学转变，在参数空间标定了手征性动力学、偏向性手征动力学和局域化区域。

研究结果有助于理解由相互作用、规范场和几何阻挫之间竞争引起的新奇动力学效应，为在非均匀规范场和更复杂几何构型下实现相互作用可控的量子输运和相变奠定了基础。

该工作得国家基金委重点国际合作项目、重大研究计划培育项目、面上项目、山西省基础研究计划优秀青年项目等科研项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43204-3