近日，华东师范大学物理学院张可烨教授团队在量子物态调控理论上取得重要进展。研究团队在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表了题为“Atomic regional superfluids in two-dimensional Moiré time crystals”的论文，论文第一作者为物理学院博士研究生梁炜杰，论文共同通讯作者为张可烨教授和上海交大张卫平教授。该研究不仅预言了在时间维度构建“二维莫尔晶体”的可能性，更揭示了时空交织下量子物态调控的无限潜力，将“扭转电子学”正式引入时空混合维度。

在凝聚态物理的前沿，莫尔材料（如扭转双层石墨烯）是近年来最耀眼的明星。通过将两层原子级薄膜物理堆叠并旋转特定角度，科学家能诱发出超导、关联绝缘态等奇特现象。然而，这种物理堆叠对工艺精度要求极高，且一旦制备，参数便难以动态调节。

与此同时，时间晶体作为一种前沿量子物态，其特征是自发打破系统的时间平移对称性，呈现可抵御环境退相干效应的稳定周期性演化，成为了提升“原子钟”和其他量子精密测量装置性能的理想候选体系。

“我们受到物理学中两个激动人心概念的启发。”张可烨教授在接受国际知名科技媒体 Phys.org 采访时表示：“一是‘扭转电子学’，它通过旋转原子层创造出具有奇异性质的莫尔图案和特异的材料性能；二是‘时间晶体’。我们好奇：是否可以将时间本身视为一个可以‘扭转’的维度，从而将这两个想法结合起来？”

图1：Phys.org 专题报道截图。示意图展示了在多频激光脉冲构建的周期扰动中，平坦空间内的超冷原子经历“扭转”并自发形成莫尔图案的物理过程

该研究创新性地提出了“时间换空间”策略。不同于传统莫尔结构对物理材料的叠层与扭转依赖，研究团队证明，通过操控原子在不同时间尺度下的多重周期运动，可以在时间维度诱导出各种莫尔结构。随着系统演化，这种时域结构会进一步在空间维度显现，从而摆脱了物理扭转或机械堆叠的束缚。

在具体机制上，该方案利用多频驱动（激光脉冲或磁场）对无结构势阱中的超冷原子进行精密调控。当驱动频率与原子的特定本征运动发生共振时，原子会在抽象的“相空间”中自发组织成完美的二维莫尔结构。这种高维度的秩序随后会自然映射至时间或空间维度，构建出高度可调控的空间或时空莫尔结构。

图2：超冷原子密度分布与量子相干性衰减的模拟分别揭示了时空维度的莫尔图案与局域超流相

这项工作将时间转化为了一个“可设计层”。这意味着，只需通过调整激光脉冲序列或磁场驱动频率，就能动态、灵活地设计莫尔结构。这不仅消除了制造莫尔材料时复杂的物理堆叠限制，更意味着我们可以在小空间尺度上利用时间的‘流动’来模拟通常需要大空间尺度才能实现的物理现象。这将推动我们在时空杂化维度中探索全新的量子多体问题。

理论模拟还显示，随着时间维度莫尔干涉图案的形成，超冷原子系统会自发进入时间晶体相，并展现出“区域超流”特性。这种量子物态表现出极强的稳定性。得益于莫尔结构的自保护特性和时间晶体的抗热化特性，其量子相干性能有效抵御环境噪声干扰，并抑制了由于周期性驱动通常会引起的加热效应。这一特性为在复杂环境下保持量子相干性提供了新的理论支撑，也为开发高精度、高鲁棒性的量子精密测量装置提供了新平台。

该研究得到了国家自然科学基金和上海市科技创新行动计划等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1103/thvw-pdtd

图文：张可烨

编辑：董轶

审定：方俊锋、栗蕊蕊