近日，理学院曹世勋教授科研团队在量子相变钻研领域获得最新国际合作钻研成就，有关钻研论文“Observation of the Magnonic Dicke Superradiant Phase Transition”颁发在国际顶级期刊《Science Advances》上。该钻研由曹世勋教授（共同通讯作者）结合美国莱斯大学Junichiro Kono教授（共同通讯作者）国际合作钻研团队共同实现，亿万先生MR博士后马幼璇为共同第一作者，博士生杨婉婷为共同作者。这是继2018年曹世勋教授团队在《Science》颁发国际合作论文后关于量子相变的又一沉要钻研成就。
量子相变是一种在极低温度下产生的相变，与传统的热力学相变分歧，它是由量子涨落而非热扰动驱动的。超辐射相变（SRPT）作为量子相变的一种，持久以来一向是物理学家关注的焦点。然而，由于尝试前提的限度，这一景象在现实资猜中的观测一向面对着巨大挑战。
在这项钻研中，国际科研团队萦绕亿万先生MR课题组的高质量反铁磁稀土正铁氧体ErFeO3单晶资料，通过太赫兹和吉赫兹磁光谱学尝试，成功观察到了SRPT的关键特点——两个自旋-磁子杂化模式在临界点的拐点和软化。这一发现不仅证实了SRPT在热平衡前提下的存在，也为理解量子多体系统中的相互作用提供了新的视角。钻研发现，在ErFeO3中，Fe3+磁子模式和Er3+自旋之间的强耦合，使得系统在特定前提下可能仿照Dicke模型中的超辐射相变。这种耦合预防了传统光子系统中由于磁光项导致的相变故障，从而使得SRPT得以实现。
图1. 光谱学证据揭示ErFeO3中的磁子SRPT景象
为了深刻理解尝试景象，钻研团队构建了扩大的Dicke模型，将Er3+单离子各向异性纳入思考。该模型不仅正确再现了尝试中观察到的模式频率，还为揭示SRPT的性质提供了理论支持。在尝试中，钻研人员通过扭转表部磁场，精确调控了系统的能量参数，从而实现了对SRPT的精确探测。尝试数据与理论模型的高度吻合，验证了模型的正确性和合用性。这一钻研成就为量子技术的发展启发了新的路路。SRPT所伴随的大规模纠缠和压缩景象，有望为量子推算和量子通讯提供新的实现蹊径。此表，该钻研还为凝聚态物理中的相变理论注入了新的活力，为索求新型量子资料和景象提供理论和尝试基础。
本工作得到国度天然科学基金面上项主张支持：No.12374116。
有关论文链接：
2025年04月，Science Advances, 11, eadt1691 (2025). https://doi.org/10.1126/sciadv.adt1691
2024年01月，Nature Physics, 20, 788-793 (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02350-7
2022年10月，Nature Communications, 13, 6140 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33520-5
2022年01月，Nature Communications, 13, 443 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27267-8
2021年05月，Nature Communications, 12, 3115 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23159-z
2018年08月，Science, 361, 794-797 (2018). https://doi.org/10.1126/science.aat5162
