□ 倪 萍

2018年5月，參加紀念諾貝爾獎獲得者阿列克謝·阿布里科索夫的學術報告會。

在超冷原子分子、玻色愛因斯坦凝聚等方面的研究中，江西理工大學副教授劉超飛始終是一名不折不扣的實干者?！澳_踏實地的行動是從事科研的必要條件，一個科研者不可能只會空想，而是要有屬于自己的科研想法，并輔助于實驗數據、理論推導去論證自己的想法。”劉超飛說。在他看來，科研是自己一生執(zhí)著的事業(yè)，每個有志于科研的人只要肯在基礎學習上下工夫，敢于在科研創(chuàng)新中去展現自己的想法，在實踐中擦出思維的火花，都可以把科研做好。

夢筑科研 矢志不渝

超冷原子、分子物理及其量子調控技術關系到國家安全和未來高新科學技術的發(fā)展。一直以來，這一領域的研究都在吸引著劉超飛將全身心聚焦于此，并開展了長達十幾年的科研探索。

在他的介紹下，記者了解到：超冷原子、分子體系由于其宏觀量子特性和高度可調控性為人們提供了一種全新的量子體系。由于其密度稀薄，對該體系的研究可以和理論預言進行精確對比，從而揭示以前不能研究或者難以觀察的新奇量子現象。由于超冷原子系統具有高度的可實驗性和可操控性，該體系已成為研究原子分子物理、量子信息、凝聚態(tài)物理等中的一些基本問題的實驗平臺。劉超飛在這一領域的創(chuàng)新開拓之路，從他的求學歷程中便有跡可循。

時光追溯到2005年9月，這一年，劉超飛在完成本科學業(yè)后被保報送為碩士研究生剛滿一年，又被推薦為碩博連讀研究生。博士期間，劉超飛在查找文獻的過程中，發(fā)現了一篇英國科研人的博士論文，里面詳細介紹了幾篇其發(fā)表在Physical Review Letters（《物理評論快報》）中的關于玻色—愛因斯坦凝聚體中的暗孤子動力學的研究文章，在看懂他的研究之后，劉超飛開始按照文章中所使用的Crank-Nicolson方法，開展自主研究，并完全重復了這位研究人員的全部計算結果，從此，劉超飛開始在玻色愛因斯坦領域研究各類課題，并延續(xù)至今。

2010年，劉超飛博士畢業(yè)后應聘到江西理工大學工作。在一次契機之下，他認識了中國科學院物理研究所劉伍明研究員，劉伍明研究員對后輩十分關愛，2011年暑期，他曾邀劉超飛到其課題組參觀，劉超飛對劉伍明研究員課題組開展的研究工作十分感興趣。從此，他便開始一邊教學，一邊與其開展合作研究，并發(fā)表了3篇Physical Review A。2013年，劉超飛開始在他的建議下，正式在中國科學院物理研究所開展博士后研究工作。

難忘初心 潛心致研

“業(yè)精于勤荒于嬉”。深入科學研究之中，劉超飛沒有一刻松懈，也從未停止探索。長年累月的研究學習，讓劉超飛在玻色—愛因斯坦凝聚、非線性數學物理模型等方面的研究中打下了堅實的基礎，積累了大量從事該領域科學研究的方法，取得了一系列創(chuàng)新性科研成果。

自旋軌道耦合效應主要描述了粒子的運動與其自旋相互作用的行為，它在自旋霍爾效應、拓撲絕緣體等研究領域起著至關重要的作用。因為各種不同類型的自旋—軌道耦合現象，玻色—愛因斯坦凝聚體的基態(tài)和動力學特性上往往出現許多新的、在常規(guī)凝聚態(tài)體系統所不具備的特征，例如，基態(tài)為平面波相、條紋相；自旋—軌道耦合重塑了傳統的渦旋和渦旋晶格相等，而這些新奇效應便是劉超飛所在團隊研究的主題。

立足于這一方向，劉超飛團隊展開了一系列探索，他們發(fā)現自旋軌道耦合能誘發(fā)旋轉和迅速冷卻的自旋1玻色愛因斯坦凝聚體中的half-Skyrmion激發(fā)，并首次給出了描述half-Skyrmion的嚴格數學解。研究結果表明，half-Skyrmion激發(fā)的出現依賴于自旋軌道耦合和旋轉的聯合效應，該激發(fā)源于嵌入凝聚體各成分產生渦旋的自旋偶極結構。當自旋軌道耦合強度和旋轉頻率大于某一閾值時，half-Skyrmions環(huán)繞凝聚體中心，形成一個或幾個圈組成的徑向晶格結構，即使在強鐵磁和強反鐵磁性的冷凝物也能出現。

除此之外，他們還系統性地對Skyrmion構型進行了分類，并在自旋軌道耦合玻色愛因斯坦凝聚體中找到了新的Skyrmion構型。

自從科學家在實驗中觀察到原子凝聚體后，分子凝聚體的形成為超冷原子物理研究提供了一個新的維度，并激發(fā)了廣泛的實驗和理論興趣。超冷二原子分子可以由超冷玻色子和費米子氣體產生。為了得到分子玻色—愛因斯坦凝聚體，國際上有幾個研究小組一直在努力從事將超冷原子變成分子的磁締合Feshbach共振工作。

2014年年初，劉超飛在原子分子渦旋結構方面取得的研究成果被Scientific Reports接收。研究發(fā)現原子分子玻色—愛因斯坦凝聚體中可以出現重疊的原子分子渦旋，二氧化碳型原子分子渦旋，間隙分子渦旋等不同構型。當原子分子相互作用由吸引到排斥變化，渦旋結構可以從重疊的原子分子渦旋改變?yōu)槎趸夹徒Y構，再轉變?yōu)殚g隙分子渦旋結構，并最終成為獨立分開的渦旋構型。原子分子凝聚體中的渦旋既可出現晶格型結構，也可以出現無序型結構。

如何將自旋—軌道耦合效應運用到原子分子系統？在查閱文獻的過程中，劉超飛發(fā)現前人的研究都在預示著通過合理的合并產生自旋—軌道耦合與誘發(fā)分子凝聚體的技術，可以從87Rb 5S1/2冷原子出發(fā)得到含自旋—軌道耦合的原子分子混合物。常規(guī)原子分子凝聚體實際上考慮的是兩個標量凝聚體混合物，如果考慮自旋—軌道耦合，必須涉及原子和分子的自旋。一種最簡單的模型就是兩個自旋向上（向下）的原子耦合成一個自旋1（-1）的分子，一個自旋向上和一個自旋向下的原子耦合成自旋為零的分子態(tài)。由于二元原子混合物可以分為易融合與相分離，自旋1分子凝聚體很可能像常規(guī)自旋1原子凝聚體一樣可以分為鐵磁性與反鐵磁性，另外，原子分子間相互作用又可以分為吸引與排斥型，所以這種混合物的基態(tài)結構必定很豐富。劉超飛所在團隊與中科院物理所的劉伍明研究員，以及立陶宛的G.Juzeliūnas教授合作，將自旋—軌道耦合推廣到原子分子系統。這項工作花費了劉超飛團隊近兩年的時間，從原始實驗方案到刻畫方程的導出，再到各種新現象的發(fā)現，他們經歷了前所未有的曲折。功夫不負有心人，在2016年的科研探討中，他們已經初步建立了自旋—軌道耦合原子分子混合系統的理論模型，得到了大量數值計算結果，并發(fā)現了一種復合型Skyrmion激發(fā)，它由一個整量子Skyrmion激發(fā)耦合兩個半量子Skyrmion激發(fā)組成，而這些都是他們不畏困難，探索前行的結晶。

在之前的研究基礎上，劉超飛團隊還嚴格證明了自旋奇異性是自旋-1玻色—愛因斯坦凝聚體中常見的現象。同時，證明了通過聯合自旋軌道耦合和磁場，可以在自旋-1玻色—愛因斯坦凝聚體中穩(wěn)定地激發(fā)一種奇異的自旋拓撲激發(fā)，其波函數具有常規(guī)半量子渦旋的性質。除此之外，他們還證明自旋軌道耦合能形成局部能量極小，從而起到穩(wěn)定拓撲激發(fā)的作用，磁場增強自旋奇異點的產生。根據自旋渦的位置，劉超飛團隊還從數學上嚴格證明了玻色愛因斯坦凝聚體的自旋軌道耦合能的恒等關系式。

創(chuàng)新探索，終有所得。近年來，劉超飛已經在Scientific Reports，Phys. Rev.A，Optics Express等刊物上發(fā)表論文17篇。

從容不迫 執(zhí)著前行

對于從事科研事業(yè)的信念，劉超飛始終堅定。2018年，他入選了江西省首批青年井岡學者，并順利申請了國家自然科學基金項目“旋量玻色氣體的新奇量子態(tài)和動力學研究”，開始了在科研領域的新一輪創(chuàng)新開拓。

具有自旋自由度的簡并玻色氣體是一類新的量子流體，它不僅受到磁性和超流動的相互作用，還涉及量子相位相干性、長程有序性和對稱破缺性。這些液體本身就很有趣，因為它們現在是可以用于實驗研究的新材料。此外，由于這些原子氣體可以從簡單的理論框架出發(fā)來描述，而且它們的性質可以很容易地在實驗中被操縱和測量。在這一項目中，劉超飛就將和團隊在旋量玻色氣體的新奇量子態(tài)和動力學研究中展開一系列探索。

時光荏苒，劉超飛一直用其獨有的誠懇與赤誠，堅守在科研道路上，孜孜不倦。多年來，他時刻保持著與新西蘭、立陶宛、中國臺灣等各個國家和地區(qū)的科研團隊的緊密交流。近五年來，他參加國內外學術會議40多次，其中在全國性學術會議做邀請報告10多次。2015年，劉超飛還在江西理工大學主辦了小型學術會議——量子物理學術交流會；2018年3月底，主辦了凝聚態(tài)理論與統計物理學術交流會，快節(jié)奏、高效率的科研交流，極大地拓寬了他的研究視野?！翱蒲械倪M步是建立在互相交流中的，我衷心地希望能夠有更多的科研同行給予指點與幫助?！眲⒊w說。

雖然每天與緊張、忙碌為伴，但劉超飛仍能在科研世界中自得其樂。十幾年的科研之路，低調、踏實已經成為他的底色。這種篤行日新的作風會一直伴隨著他，并鼓舞他萬里馳騁，孜孜不輟。