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附件2 山西省2018年度国家科学技术奖 提名项目公示材料

一、项目名称: 基于超冷费米气体的量子调控 提名者: 山西省 提名意见: 该项目在量子简并费米气体的制备及相关量子调控技术的实现、量子简并费米气体中自旋轨道耦合量子态的制备、强相互作用下自旋轨道耦合量子简并费米气体等方面取得了一系列在国际上有影响力的重要科学发现,概括为三个方面: 1.

量子简并费米气体的制备及相关量子调控技术的实现.项目组于2007年同时实现了玻色气体87Rb玻色-爱因斯坦凝聚和费米气体40K量子简并,是国内第一个实验实现费米气体量子简并,并实现和掌握了相关量子调控技术. 2.量子简并费米气体中自旋轨道耦合量子态的制备.国际上率先实验实现自旋轨道耦合的简并费米气体[SCI 他引467次],激发了国际上大量相关理论和实验工作的研究. 3.强相互作用下自旋轨道耦合量子简并费米气体.通过Feshbach共振技术调控超冷原子相互作用,率先实现在自旋轨道耦合作用下使s波配对的简并费米气体产生具有p-波配对的分量,为今后自旋轨道耦合费米气体模拟拓扑物态和实现拓扑超流奠定了重要基础. 该项目发表的7篇代表性论文SCI他引757次, 被国际著名学术刊物Science、Nature、Nature子刊、Review Modern Physics等多次引用,该项目获中国物理学会饶毓泰物理奖. 该项目对超冷费米气体量子调控的关键基础问题进行了深入系统的研究,做出了一系列具有重要科学价值的成果.相关成果得到了国内外同行专家的高度认可与积极评价. 提名该项目为国家自然科学奖二等奖. 项目简介: 本项目属于超冷原子物理.当原子气体温度达到nK量级获得量子简并气体,它将展现出独特的宏观量子相干性以及人工精确可调控性,已成为目前物理学研究的热点前沿领域.由于超冷原子是不带电荷的中性原子,不能直接产生类似电子在电磁场中获得的规范势,在超冷原子中产生人造规范势及其导致的自旋轨道耦合效应是近年来超冷原子物理的一个研究难题之一.该项目通过光与原子相互作用在超冷费米气体中率先实现自旋轨道耦合人造规范势,结合磁,Feshbach 共振调控强相互作用、动量分辨射频谱等技术深入研究了自旋轨道耦合简并费米气体中拓扑量子态的基本性质,取得系列具有创新性的系列研究成果,为今后在超冷原子体系中模拟凝聚态中的拓扑物质以及制备新的拓扑量子态奠定重要基础.主要科学发现包括: 1. 量子简并费米气体的制备及相关量子调控技术的实现.项目组于2007年同时实现了玻色气体87Rb玻色-爱因斯坦凝聚和费米气体40K量子简并,是国内第一个实验实现费米气体量子简并,并实现和掌握了相关量子调控技术.2. 量子简并费米气体中自旋轨道耦合量子态的制备.国际上率先实验实现自旋轨道耦合的简并费米气体[SCI 他引467次],激发了国际上大量相关理论和实验工作的研究,之后先后有美国MIT小组在6Li, NIST小组在40K, 美国斯坦福大学在Dy,意大利佛罗伦萨大学和香港科技大学在Yb,JILA在Sr原子中等不同超冷费米原子气体中实现自旋轨道耦合费米气体.3. 强相互作用下自旋轨道耦合量子简并费米气体.通过Feshbach共振技术调控超冷原子相互作用,率先实现在自旋轨道耦合作用下使s波配对的简并费米气体产生具有p-波配对的分量,为今后自旋轨道耦合费米气体模拟拓扑物态和实现拓扑超流奠定了重要基础. 项目7篇代表性论文SCI 他引757次(包括Nature/Science 6次,Nature子刊13次,Rev. Mod. Phys. 2次,Rep. Prog. Phys. 9次,PRL 95次,PRA/B/X 392次),单篇最高SCI 他引467次,1 篇论文入选为SCI (Web of Science) 高引用论文,1篇被Physics、Physics World专题报道;

1 篇论文被Nature Phys. 选为亮点论文报道.受邀由World Scientific出版的系列丛书《Annual Review of Cold Atoms and Molecules》上撰写了其中一章节,综述了自旋轨道耦合费米气体.美国NIST I. Spielman教授发表在Nature [Nature 494,

49 (2013)]上一篇关于 Spin-orbit coupling in quantum gases 的综述论文中,特别评价我们的工作 这是第一个在原子费米气体中实验观测自旋轨道耦合 .该项目获中国物理学会饶毓泰物理奖,第一完成人以 超冷原子尤其是在费米气体中实现人工自旋轨道耦合的开创性实验 获美国光学学会Fellow. 客观评价: 项目7篇代表性工作(含Nature Phys.

1 篇,PRL 1篇, PRA 4篇,综述论文 1篇), 共被SCI 他人正面引用757次(包括Nature/Science 6次,Nature子刊13次,Rev. Mod. Phys. 2次,Rep. Prog. Phys. 9次,PRL 95次,PRA/B/X 392次). 对科学发现点的评价: 项目组在国内第一个实验实现的费米气体量子简并,并在国际上率先实现一维自旋轨道耦合的简并费米气体,并利用Feshback共振技术在国际上率先实现了强相互作用下的自旋轨道耦合简并费米气体,完成的系列工作在国际上产生重要影响. 1. 美国NIST的V. Galitski教授和I. Spielman教授发表在Nature [Nature 494,

49 (2013)]上一篇关于 Spin-orbit coupling in quantum gases 的综述论文中,引用了代表性工作1和3,特别评价我们的代表性工作1 这是第一个在原子费米气体中实验观测自旋轨道耦合 . 2.美国Princeton大学的W. Bakr教授发表在[Nature Phys. 10,

90 (2014)]中以 Pairing with a twist 为题对代表性工作4进行了专题评述 付正坤和他同事实验报道了自旋轨道耦合在费米原子配对成弱束缚分子中扮演着重要的角色 . 3.美国物理学会Physics 5,

96 (2012)对代表性工作1做了专门的介绍和评述 王等人对钾40进行了研究,他们观测了从开始自旋极化态到不同动量和自旋态的分布和动态过程,并测量了能量-动量色散关系 . 4.美国NIST的I. Spielman教授发表在Phys. Rev. Lett. [Phys. Rev. Lett. 111,

095301 (2013)]关于自旋轨道耦合费米气体的实验工作中,引用和评价了代表性工作1,5和6: 在自旋轨道耦合费米气体中,Feshback共振附件的射频谱被报道 和 在最近钾40的实验中报道了宽的波长范围内202.1高斯附近束缚态到束缚态分子跃迁产生巨大的光频移 . 5.日本电子通讯大学T. Mukaiyama教授和东京大学M. Ueda发表教授在Phys. Rev. Lett. [Phys. Rev. Lett. 101,

100401 (2008)]关于p-波Feshbach分子的实验工作中,引用和评价了代表性工作2: 锂原子p-波Feshbach的位置由张等人准确的测量 和 张等人探测了两个最低超精细能级三种组合的p-波Feshbach分子 . 6.美国芝加哥大学C. Cheng以及美国NIST超冷原子碰撞研究领域的资深专家P. Julienne等在[ Rev. Mod. Phys. 82,

1225 (2010) ]综述性文章 Feshbach resonances in ultracold gases 中,多处引用和评价了代表性工作2: 张等人报道了锂6原子p-波Feshbach分子产生 ,并在Feshbach共振点的列表中给出我们测量的三个共振点.英国牛津大学T. Kohler以及P. Julienne等[Rev. Mod. Phys. 78,

1311 (2006)]综述性文章 Production of cold molecules via magnetically tunable Feshbach resonances 引用和评价了代表性工作2. 7.美国MIT诺贝尔物理学奖获得者W. Ketterle教授[Nature 543,

91 (2017)], 美国NIST与马里兰大学I. Spielman教授[Nature 498,

201 (2012)],意大利佛罗伦萨大学L. Fallani 教授[Science 349,

1510 (2015)],中国科学技术大学潘建伟院士[Science 354,

83 (2016)]完成的关于自旋轨道耦合的实验工作中都引用和评价了代表性工作1. 8.法国国家科学中心N. Goldman教授等人在Rep. Prog. Phys. [Rep. Prog. Phys. 77,

126401 (2014)] 发表关于 Light-induced gauge fields for ultracold atoms 的综述论文中,引用和评价了代表性工作1,4和5;

复旦大学黄旭光教授在Rep. Prog. Phys. [Rep. Prog. Phys. 79,

076302 (2016)] 发表关于 Electromagnetic fields and anomalous transports in heavy-ion collisions―a pedagogical review 的综述论文中,引用和评价了课题组的两篇论文包括代表性工作1;

法国高等师范大学著名超冷原子物理专家J. Dalibard教授在 Proceedings of the International School of Physics Enrico Fermi of July 2014, Quantum matter at ultralow temperatures 发表关于 Introduction to the physics of artificial gauge fields 的综述论文中,引用和评价了代表性工作1. 9.西班牙巴塞罗那光子中心P. Massignan等[Rep. Prog. Phys. 77,

034401 (2014)]、波兰O. Dutta 等[Rep. Prog. Phys. 78,

066001 (2015)]、日本RIKEN Nishina中心P. Naidon等[Rep. Prog. Phys. 80,

055001 (2017)] 分别在Rep. Prog. Phys.发表的三篇综述论文中,引用和评价了代表性工作2. 代表性论文专著目录: 序号 论文专著名称/ 刊名/作者 影响 因子 年卷页码 (xx年xx卷xx页) 发表时间(年月 日) 通讯作者(含共同) 第一作者(含共同) 国内作者 SCI 他引次数 他引总次数 论文署名单位是否包含国外单位

1 Spin-orbit coupled degenerate Fermi gases/ Phys. Rev. Lett. / Pengjun Wang, Zengqiang Yu, Zhengkun Fu, Jiao Miao, Lianghui Huang, Shijie Chai, Hui Zhai, and Jing Zhang 8.462 2012年109卷095301页2012年 8月 27日 张靖(实验)/翟荟(理论) 王鹏军 王鹏军,于增强,付正坤,苗骄, 黄良辉,柴世杰,翟荟, 张靖

467 否2P-wave Feshbach resonances of ultracold 6Li / Phys. Rev. A / J. Zhang, E.G.M.van kempen, T. Bourdel, L. Khaykovich, J. Cubizolles, F. Chevy, M. Teichmann, L. Tarruell, S. J. J. M. F. Kokkelmans, C. Salomon 2.925 2004年70卷030702页2004年 9月 30日 张靖 张靖

133 是3Bose-Einstein condensate in a light-induced vector gauge potential using the

1064 nm optical dipole trap lasers / Phys. Rev. A/ Zhengkun Fu, Pengjun Wang, Shijie Chai, Lianghui Huang, Jing Zhang 2.925 2011年84卷043609页2011年10月 7日 张靖 付正坤 付正坤,王鹏军,柴世杰,黄良辉, 张靖

56 否4Production of Feshbach molecules induced by spin-orbit coupling in Fermi gases / Nature Phys. / Zhengkun Fu, Lianghui Huang, Zengming Meng, PengjunWang, Long Zhang, Shizhong Zhang, Hui Zhai, Peng Zhang, Jing Zhang 22.806 2014年10卷110页2014年 2月 1日 张靖 付正坤 付正坤,黄良辉,孟增明,王鹏军,张龙, 张诗忠, 翟荟, 张M, 张靖

48 否5Radio-frequency spectroscopy ........