近日，苹果版bd
量子精密测量研究所和物理与光电工程学院的李朝红-柯勇贯课题组和国内外同行合作揭示了相互作用诱导的连续谱中的多粒子束缚态，并提出利用拓扑泵浦对其进行动力学调控的理论方案，相关成果于2024年10月3日在物理学领域顶级国际期刊Physical Review Letters上发表。
空间上的束缚态是一种限制在一定空间范围内的局域模式，其能量往往位于延展态的连续谱之外。然而，1929年，魏格纳和冯·诺依曼发现在特殊形状的势阱中单粒子束缚态的能量会进入延展态形成的连续谱中，被称为连续谱中的束缚态(bound state in the continuum)。之后，人们发现连续谱中的束缚态作为一种干涉效应，也广泛存在于电磁波、声波、水波等经典波动体系。连续谱中的束缚态由于在激光、非线性光学、传感和成像等领域具有潜在的应用前景，近年来重新激发了人们的研究兴趣和热情。
到目前为止，人们主要聚焦于研究单粒子量子体系或者经典波动体系中的连续谱中的束缚态。基于多粒子量子体系，目前仅有少数个案研究提出由缺陷或任意子统计规律等因素导致的连续谱中的多粒子束缚态。在平移不变的多粒子体系中，粒子间的相互作用能否诱导连续谱中的多粒子束缚态仍然不清楚。此外，如何对连续谱中的多粒子束缚态实施动力学调控仍然是研究空白。因此，发展系统的理论方法去探索连续谱中的多粒子束缚态是一个急需解决的重要基础科学问题。
李朝红-柯勇贯课题组在具有共同平移对称性的多粒子体系中首次发现了相互作用诱导的连续谱中的多粒子束缚态，并利用拓扑泵浦来动态调控连续谱中的多粒子束缚态。不失一般性，课题组考虑具有时间和空间周期调制相互作用的玻色-哈伯德模型。在开边界条件下，连续谱中的三粒子束缚态表现为两粒子束缚对局域在单粒子驻波的一侧[图(a)]。在周期性边界条件下，强相互作用导致了平坦的三粒子能带，通过构建多粒子万尼尔态可以得到连续谱中的三粒子准束缚态，其表现为两粒子束缚对局域在单粒子驻波的波节处[图(b)]。由于连续谱中的三粒子准束缚态是近简并的多粒子布洛赫态的等概率叠加态，近似为本征态，在相当长的时间内保持稳定。将连续谱中的三粒子准束缚态作为初态，通过动态改变相互作用可以实现其动力学调控[图(c)]。经过一个泵浦周期，三个粒子整体上移动了一个原胞的长度，与其对应的多粒子能带的拓扑不变量一致。令人惊讶的是，在泵浦过程中单粒子流动方向与两粒子束缚对流动方向相反。这是一种新的多粒子拓扑泵浦模式，完全不同于课题组之前预言的并被实验证实的束缚态的拓扑泵浦以及拓扑共振隧穿。在之前的关联拓扑泵浦中，所有粒子的运动方向相同。这些结果揭示了一般的相互作用多体系统中广泛存在连续谱中的多粒子束缚态，并提供了连续谱中多粒子束缚态的动力学调控方案，为系统地寻找连续谱中的多粒子（准）束缚态及其调控和应用铺平了道路。
该成果以“Interaction-Induced Multiparticle Bound States in the Continuum” 为题发表在Physical Review Letters上，苹果版bd
为第一单位和通讯单位，第一作者黄泊宁为苹果版bd
与中山大学联合培养的博士研究生，苹果版bd
教授李朝红和研究员柯勇贯为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部和广东省科技厅等机构的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.140202
（供稿 物理与光电工程学院）
