近日，宁波东方理工大学理学部余雪佳团队联合湖南大学、浙江大学相关研究团队，在量子相变与临界现象研究领域取得重要理论进展。研究团队首次揭示了由量子临界点拓扑边缘态主导的反常动力学行为，发现其动力学标度超越传统Kibble–Zurek（KZ）机制，为理解拓扑量子临界现象及在现代量子模拟平台上探测临界点拓扑性质提供了新的理论路径。
相关研究成果发表于国际物理学期刊《Physical Review Letters》（《物理评论快报》），并获《科技日报》报道。
拓展传统量子相变理论框架
相变与临界现象是凝聚态物理和统计物理中的核心研究问题。在极低温条件下，量子涨落能够驱动物质在不同量子物相之间发生转变，而相变临界点则是理解物质普适行为的重要窗口。
长期以来，物理学家主要通过朗道对称性破缺理论描述相变，即利用体系对称性的变化和临界指数刻画不同的普适类。传统理论通常认为，拓扑边缘态难以稳定存在于无能隙的量子临界点。
近年来，研究人员逐渐发现，即使在无能隙的量子临界体系中，也可能存在丰富的拓扑物理现象，展现出超越传统朗道理论框架的新型量子临界行为。如何进一步从非平衡动力学角度识别和理解这类拓扑量子临界现象，成为该领域的重要前沿问题。
发现超越传统KZ机制的反常动力学
Kibble–Zurek机制是研究连续相变非平衡动力学的重要理论框架。当量子系统以有限速率穿越临界点时，体系由于临界减速效应无法始终保持绝热演化，由此产生的激发通常遵循由临界指数决定的普适标度律。
在本项研究中，余雪佳团队聚焦拓扑不等价量子临界点的驱动动力学行为，系统研究临界点拓扑性质对非平衡动力学标度的影响。
研究团队首先考察了横场伊辛模型和团簇伊辛模型中的量子临界点。结果表明，尽管两类临界点的体态动力学均遵循标准KZ标度规律，其边界动力学却呈现出明显差异：横场伊辛模型表现出常规KZ行为，而具有非平庸拓扑性质的团簇伊辛临界点则出现偏离传统理论预测的修正幂律标度。
进一步地，研究团队利用张量网络数值方法，在不可严格求解的量子Potts链中验证了这一反常标度行为。为揭示其普适机制，团队还进一步研究了自由费米子体系中的拓扑不等价临界点，发现拓扑非平庸临界点同样表现出类似的反常边缘激发标度。
拓扑边缘态成为反常动力学的关键
研究表明，量子临界点处稳定存在的拓扑边缘态，是产生反常普适动力学行为的核心因素。
这一发现表明，即使两个量子临界点具有相同的传统临界指数和体态KZ标度，其不同的拓扑性质仍可能通过边界动力学表现出来。研究由此建立了一种利用非平衡动力学探测量子临界点拓扑性质的新机制，拓展了传统Kibble–Zurek理论对于量子相变动力学的理解。
相关成果不仅深化了对拓扑量子临界现象及其非平衡动力学的认识，也为未来在量子模拟和量子多体实验平台上研究临界点拓扑性质提供了新的理论依据。
相关报道：《科技日报》
论文期刊：Physical Review Letters
