近日，我院舒玉蓉副教授与合作者完成的研究论文《Equilibration of topological defects near the deconfined quantum multicritical point》在国际权威期刊《Nature Communications》发表。
Kibble–Zurek机制是描述系统在缓慢穿越连续相变点时，由于临界缓化效应而发生非平衡演化、形成拓扑缺陷的理论框架。该机制广泛用于研究宇宙相变、凝聚态系统以及量子模拟中的临界动力学行为。然而，对于具有多个关联尺度和拓扑激发的量子相变过程，传统Kibble-Zurek机制的适用性仍存在局限。
解禁闭量子临界点（Deconfined Quantum Critical Point）描述了一类反铁磁序与价键晶格序之间的直接相变，其特征在于两类序之间存在拓扑缺陷的互映关系，并在临界点附近出现分数量子激发（如自旋子和单极子）的解禁闭行为。解禁闭量临界点的本质在经历了二十年的争论后仍然扑朔迷离。新近研究表明，二维量子磁体的反铁磁-价键固体相变实际上是一个在解禁闭多临界点附近的弱一级相变，并具有SO(5)演生对称性，存在多个特征尺度，带来了丰富的标度行为。
本研究通过大规模的量子蒙特卡洛模拟，研究了二维量子磁体在解禁闭量子多临界点附近的弱一级相变过程中的非平衡驱动动力学行为。模拟结果显示，系统的退火过程涉及两个不同的时间尺度：一个与亚稳相泡核形成有关的伪临界时间尺度，以及另一个与拓扑缺陷的解禁闭过程相关的解禁闭时间尺度。这两个时间尺度在不同的序参量中起主导作用，且主导尺度还取决于驱动方向，表现出明显的对偶性。
基于上述发现，研究团队提出了“对偶非对称Kibble–Zurek机制”（Dual Asymmetric Kibble–Zurek Scaling）。该机制刻画了在多个临界时间尺度共存下，不同序参量在非平衡驱动过程中的演化规律：主要序参量由伪临界时间尺度主导，而驱动产生的拓扑缺陷对应的次要序参量则由解禁闭时间尺度控制。不同序参量的主导时间尺度取决于非平衡驱动方向，并遵循两个相中拓扑缺陷的对偶性。该理论超越了传统的Kibble-Zurek机制，为解禁闭量子临界理论提供了新的见解，同时为研究多时空尺度的非平衡临界行为提供新的视角，还有望在冷原子、量子计算等相关实验中得到验证和应用。
论文合作者包括中山大学阴帅副教授、美国波士顿大学 Ander W. Sandvik 教授和美国杜兰大学简少恺助理教授。舒玉蓉副教授为论文第一作者，阴帅副教授与Anders W. Sandvik教授为论文共同通讯作者，广州大学为论文的第一署名单位。本研究得到国家自然科学基金、广州市科技计划、广州市教育局重点学科的资助，广州大学“科研云”计算平台、广州超算中心的计算资源支持，以及广州景派科技有限公司的技术支持。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58477-z
