磁振子束缚态及其动力学的微观观测

八十多年前，H. Bethe 指出了一维量子磁体中存在基本自旋波的束缚态。迄今为止，识别此类磁振子束缚态的特征一直是理论研究的热点，而其实验探测却极具挑战性。超冷原子为通过具有单自旋和单格点分辨率追踪局部量子猝灭后的自旋动力学来揭示此类束缚态提供了理想环境。在此，我们报告了利用原位关联测量，直接在光晶格中由超冷玻色原子实现的一维海森堡自旋链中观测到双磁振子束缚态。通过对两个自旋杂质的时间分辨测量，我们观测到了自由磁振子态和束缚磁振子态的量子行走。复合磁振子态的有效质量增加，导致其自旋动力学比单磁振子激发更慢。在我们的测量中，我们还确定了束缚磁振子的衰变时间，该时间最可能受限于系统中热涨落的散射。我们的结果为研究量子磁体的基本性质以及更广泛的量子多体系统中相互作用杂质的性质开辟了新途径。