费米超流体中的重孤子

拓扑激发广泛存在于自然界中，如蛋白质和 DNA 中的结构、晶体中的位错、超流体和超导体中的涡旋与孤子，以及一般对称性破缺相变后的尾迹。在费米系统中，拓扑缺陷可为费米子提供束缚态，这通常对系统的输运性质起着关键作用。著名的例子包括涡旋核心内的 Andreev 束缚态、相对论量子场论中的分数电荷孤子，以及负责聚合物高导电性的无自旋电荷孤子。然而，电子系统中拓扑缺陷的自由运动受杂质钉扎的阻碍。在此，我们通过在超流体波函数中印刻相位阶跃，在强相互作用的费米超流体中产生了长寿命孤子，并直接观测到它们在囚禁超流体中的振荡运动。随着相互作用从紧密束缚分子的玻色 - 爱因斯坦凝聚（BEC）区域调节至长程库珀对的 Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）极限，孤子的有效质量急剧增加至其裸质量的 200 倍以上。这表明孤子填充了 Andreev 态并伴随强烈的量子涨落。对于单位费米气体，质量增强效应比平均场 Bogoliubov-de Gennes 理论的预期大五十倍以上。我们的工作为在超冷原子气体中实验研究和控制 Andreev 束缚态铺平了道路。在存在自旋不平衡的情况下，此处产生的孤子代表了长期寻求的具有移动库珀对的 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）态的一个极限。