非线性场与物质多维自俘获的新前沿

我们综述了光学系统、原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）以及其他场（特别是液晶）中二维和三维（2D 和 3D）孤子及相关态（如量子液滴）的最新理论和实验进展。核心挑战在于避免由普遍存在的三次非线性所支撑的二维和三维孤立态具有强烈不稳定性——这一性质在一维系统中远不常见。多年来，人们从理论上提出了许多稳定多维态的可能性。大多数策略涉及非三次非线性或使用各类势（包括周期势）。近年来，基于具有自旋轨道耦合的双组分 BEC 的系统出现了重要新途径，其被预言可支撑稳定的二维和亚稳的三维孤子。近期的重要突破是三维量子液滴的创建。这些是在双组分 BEC 中存在的自持态，由底层平均场态周围的 Lee-Hung-Yang 量子涨落所稳定。总体而言，多维几何提供了探索复杂自持态（包括拓扑丰富的态）存在的独特机会，这些态本质上不可能在一维几何中出现。除涡旋孤子外，还有在多种模型中被预言的 hopfion、skyrmion 以及混合涡旋-反涡旋复合体。在此我们综述该领域的近期标志性发现并概述突出的开放挑战。