复旦大学、西湖大学等机构的 Xiaopeng Li 团队，通过大规模量子蒙特卡洛模拟，在里德堡原子阵列实现的玻色型 t-J-V 模型中发现双超固体相，揭示其兼具晶格对称性与双 U (1) 对称性破缺的特性及晶体序热增强效应，为掺杂量子磁性研究提供理论指导。
研究背景
里德堡原子光镊阵列凭借长程相互作用调控能力和单原子精度控制，已成为可编程量子模拟的理想平台，为探索复杂量子多体系统的奇异相提供了前所未有的机遇。掺杂量子磁性系统的量子模拟是凝聚态物理的研究热点，其核心在于理解自旋涨落与空穴掺杂的相互作用，这对揭示高温超导机理至关重要。近期实验基于 87Rb 原子的三个里德堡态（61S1/2、60S1/2、60P3/2），实现了玻色型 t-J-V 模型，通过偶极相互作用介导长程空穴隧穿，利用范德华相互作用产生自旋 – 自旋和空穴 – 空穴相互作用，且相互作用强度可通过量子化轴和阵列几何调控。与传统电子 t-J 模型不同，该原子系统允许在反铁磁和铁磁自旋背景下研究空穴动力学，为探索长程相互作用诱导的新奇量子相提供了独特平台。
研究内容
科学家通过大规模量子蒙特卡洛（QMC）模拟，系统研究了二维方形晶格上玻色型 t-J-V 模型的基态相图及有限温度特性。模型哈密顿量包含三部分：空穴隧穿项（t，与距离三次方成反比）、自旋 – 自旋相互作用项（Jz、J⊥，与距离六次方成反比）和空穴 – 空穴排斥项（V，与距离六次方成反比），并满足局域硬核约束（每个格点仅允许一个自旋或空穴占据），守恒空穴数和总磁化强度两个 U (1) 对称性。模拟采用随机级数展开（SSE）结合定向回路算法，通过退火技术克服小隧穿强度下的采样效率问题，在 L×L 晶格（L=10-40）上探究 t-V 参数空间的相图结构，并通过有限温度模拟分析双超固体相的热稳定性。
研究结果
总结和展望
本研究首次在里德堡原子实现的玻色型 t-J-V 模型中预言了双超固体相的存在，揭示了长程相互作用、空穴隧穿与自旋关联共同作用下的新奇量子序。本研究通过大规模量子蒙特卡洛（QMC）模拟，首次系统揭示了里德伯原子阵列实现的玻色型 t-J-V 模型的丰富基态相图，核心成果在于发现了新颖的双超固体（DSS）相。该相图在强空穴 – 空穴排斥作用（V≥3.0）下形成，介于反铁磁（AFM）绝缘相与双超流（DSF）相之间，其本质是晶格对称性与两个 U (1) 对称性（空穴数守恒、总磁化强度守恒）的同时自发破缺，表现为面外反铁磁序、面内铁磁序与空穴超流性的共存。研究还证实了 DSS 相的热稳定性，其在低温区间（T<0.5）保持序参量稳定，且出现独特的 “热补偿有序” 现象 —— 在 T≤0.5 范围内，自旋结构因子随温度升高而增强，这一 counterintuitive 特性源于空穴局域化导致的自旋 – 自旋关联强化。此外，明确了 AFM 相与 DSF 相间为一级相变，DSS 相与 DSF 相间为连续相变，为实验验证提供了清晰的相变判据。
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