中山大学物理学院、本实验室阴帅教授团队与中国科学院物理研究所李自翔特聘研究员团队合作，近期在量子临界动力学研究中取得新进展。他们在这一工作中首次研究了狄拉克费米子系统的非平衡虚时弛豫量子临界动力学（如图1所示），将虚时非平衡普适标度理论成功推广至同时包含费米子型与玻色型临界涨落的系统，并发现了负的临界滑移指数。
量子相变是现代统计物理和凝聚态物理的核心课题之一。近年来，由相互作用驱动的狄拉克体系量子临界性（如石墨烯、拓扑材料中的相关现象）因其独特的物理机制受到了学界的广泛关注。
量子临界点的普适临界现象不仅出现在平衡态中，其附近的非平衡演化同样蕴含着丰富的标度行为。在各种非平衡实现中，虚时演化动力学格外引起关注。虚时演化不仅是数值模拟中常规的寻找基态的方法之一，也在利用新型量子器件探索物态性质中有重要的应用。阴帅、麦培智和钟凡教授等发现量子临界点附近虚时弛豫过程呈现丰富的动力学标度行为，并建立了虚时弛豫标度理论；中科院物理所张士欣特聘研究员和阴帅首先在量子计算机实验中验证了该理论。
但是，先前虚时弛豫量子临界动力学的研究主要集中在由单一的玻色型序参量的临界涨落主导的量子临界点。相比之下，狄拉克量子临界性有着本质的不同，它同时由玻色型序参量临界涨落和无能隙的狄拉克费米子临界涨落控制。费米子涨落会如何影响非平衡动力学？可否用一个统一的非平衡标度理论描述？
图1 不同初态在狄拉克量子临界点的弛豫动力学示意图
针对这些问题，该团队以手征海森堡相变这类典型的狄拉克量子临界点为例，探究其虚时弛豫动力学。通过大规模量子蒙特卡洛模拟，他们揭示了从不同初始状态出发的丰富的非平衡临界现象，研究序参量和费米子关联的相应的动力学标度性质。特别地，他们发现一种以非常规的负临界指数 θ=–0.84(4) 为特征的非稳态初始滑移演化（如图2所示），揭示了费米子临界涨落的显著影响。
图2 负的早期滑移指数
由此，该团队将虚时弛豫标度理论成功推广到包含费米子和玻色子的复合涨落的量子临界点。这一新发展不仅为狄拉克系统中的非平衡虚时间临界动力学提供了统一理解，而且为研究强关联系统中的临界特性提供了一种新途径。该团队后续还利用该方案发展了有效规避了费米子量子蒙特卡洛模拟中的核心难题--符号问题的数值方法，并首先确定了SU(3)狄拉克费米子Hubbard模型的相图及临界性 [见Sci. Adv. 12, eadz4856 (2026)]。
该成果以“Nonequilibrium Dynamics of Dirac Quantum Criticality in Imaginary Time” 为题，于2026 年2月24日发表于物理学重要期刊Physical Review Letters《物理评论快报》。中山大学物理学院2020级本科生余荫铠（现中国科学院物理研究所研究生）为论文第一作者；中山大学物理学院、本实验室阴帅教授与中国科学院物理研究所李自翔特聘研究员为共同通讯作者；中山大学物理学院2020级本科生曾植、广州大学舒玉蓉副教授参与了相关研究。研究得到国家自然科学基金、广东省磁电物性基础学科研究中心、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省和广州市科技计划项目、中国科学院物理研究所启动经费、北京市自然科学基金、新基石研究员项目、中山大学大学生创新创业训练计划校级项目的支持。
