近日，我校电子信息工程学院任杰教授和南京大学王伯根教授团队，在拓扑材料研究中取得重要突破。相关成果以“Artificial gauge field engineered excited-state topology: Control of dynamical evolution of localized spinons”（人工规范场调控激发态拓扑结构：局域自旋子动力学演化的控制）为题，发表于国际权威期刊《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 135, 156601 (2025)]。

该研究提出了一种基于人工规范场的量子调控方案，实现了对量子自旋模型中特定激发态的精准设计与调控（图1）。该方案可在子空间中生成高度局域化的单个自旋子，并具备高度可控性。通过引入含时规范场，研究团队成功实现了自旋子的绝热调控与可控动态演化（图2）。

图1（a）和（b）展示了由磁性阻挫驱动的量子自旋液体中自旋子的去禁闭现象。（c）（d）示意性地表明了在量子自旋模型中通过规范场来设计激发态的方案。规范场诱导出高阶拓扑结构以及具有高可控性的局域自旋子（以红色标记）

图2（a）展示了人工规范场的动态控制过程，该过程促使两种局部状态发生缠绕。（b）不同半径 d 的环所计算出的统计角度 θ。（c）表示在环面上施加的交替规范场如（d）所示。（e）至（h）展示了单粒子预期值的演变,对应的 t 值分别为 0、4、8、24.

本研究首次实现了体相局域自旋子的直接可视化，并为其束缚过程的模拟提供了新思路。此外，团队在里德伯原子体系中验证了该方案的可行性，为基于规范场工程模拟激发态关联现象开辟了切实可行的实验路径。

任杰教授与南京大学博士生薛屹然为论文共同第一作者，王锐教授、王伯根教授担任通讯作者。这是任杰教授自2020年在《物理评论快报》发表学术论文以后,再次以第一作者身份在该顶级期刊发表重要研究成果。任杰教授长期致力于低维量子多体系统的新奇量子效应研究，主要采用精确对角化与密度矩阵重整化群等数值方法，在关联材料与量子气体等方向开展前沿工作。迄今共发表相关学术论文三十多篇，包括PRL 3篇、PRA 5篇、PRB 5 篇，以及PRE 1篇、PRResearch 1篇。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/ll8w-g9q1