3月27日，国际知名期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线刊发了《相互作用玻色子弛豫动力学中出现的拓扑物态》(Emergence of Topological States in Relaxation Dynamics of Interacting Bosons)。国防科技大学李永强教授和我院吴英海副教授为共同通讯作者，国防科技大学硕士研究生黄旺、杨旭辰讲师、曹睿博士为共同第一作者，袁建明教授参与了本文的工作。

近年来拓扑学相关概念被广泛用于刻画物理现象，产生了丰富的成果。一般情况下，人们关注的是多体系统中基态和低能激发态的性质，而对时间演化和动力学性质的研究还比较少。此前已有一些工作研究了无相互作用费米子拓扑物态在时间演化中的表现，但是非平衡条件下强关联体系中拓扑物态的性质人们所知甚少。非相对量子力学的基本规律指出，孤立系统的时间演化具有幺正性和确定性，任一时刻的状态由初态和哈密顿量严格决定。令人惊讶的是，一般的非可积系统中典型纯态的长时间演化呈现出热化行为，即系统中局域可观测量的数值等价于热力学中吉布斯或者广义吉布斯系综给出的结果。检验此类理论预言十分困难，因为需要制备高度孤立并且精确可控的多体系统。随着冷原子系统等量子模拟平台的发展，人们对热化现象的探索也逐渐深入。

本项工作考虑了一个光晶格中的一维强关联玻色子模型，每个原胞中包含两个格点，原胞内部和之间存在两种不同强度的最近邻隧穿，同一个格点上的粒子之间存在排斥相互作用。此前的研究指出它的基态在一定的参数区间内具有对称性保护拓扑序，类似于自旋1体系中的Haldane相，可以用弦关联函数和量子纠缠行为刻画。本文选取若干种类的直积态为初始状态，它们相对于哈密顿量的能量密度较高。根据一般理论图像，可以期待它们在长时间演化之后会热化，系统具有高能拓扑平庸态的性质。然而基于矩阵乘积态的大量数值计算表明这一期望并不总是成立，在某些参数区间内系统并不热化，而是经过长时间演化达到特殊的稳态，各种关联函数和量子纠缠性质表明它具有和基态类似的拓扑性质，在另一些参数区间则会达到热化且没有拓扑性质。本文进一步提出了检验理论预言的实验方案，所需技术在过去的工作中已经得到应用，具备很高的可行性。这一发现揭示了强关联体系中奇异的动力学行为，为全面理解非平衡拓扑现象做出了重要贡献。

本次工作得到了国家自然科学基金和湖南省科技创新项目的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.123405