超越Kibble-Zurek前提的狄拉克体系有限时间标度理论

研究人员针对传统Kibble-Zurek机制(KZM)在狄拉克体系量子临界点(QCP)动力学中的局限性，通过量子蒙特卡罗(QMC)模拟，首次揭示了初始无能隙态下有限时间标度(FTS)的普适性规律，提出复合涨落条件下的KZM判据，为探索强关联费米体系非平衡临界动力学提供了新范式。

　　

在量子多体物理领域，理解非平衡临界动力学始终是重大挑战。传统Kibble-Zurek机制(KZM)基于"绝热-脉冲"假设，要求体系初始态必须具有能隙保护，这严重限制了其在狄拉克体系等无能隙系统中的适用性。随着石墨烯、拓扑绝缘体等二维狄拉克材料的兴起，探索含无能隙初始态的量子临界动力学成为亟待解决的前沿问题。

中国科学院物理研究所和华南师范大学的研究团队在《Nature Communications》发表突破性研究，通过量子蒙特卡罗(QMC)模拟，系统研究了手性海森堡和手性伊辛两类狄拉克量子临界点(QCP)的驱动动力学。研究发现：尽管初始态存在无能隙狄拉克费米子，其跨越量子临界点的动力学仍遵循有限时间标度(FTS)规律，由此建立了含复合涨落的KZM普适性判据——当初始无能隙相动态指数z'小于临界点标度维度r=z+1/ν时，标准FTS理论依然成立。

研究采用关键方法包括：1)基于Majorana费米子表示的无符号量子蒙特卡罗技术，克服二维体系实时模拟难题；2)虚时间演化与实时间动力学等效标度分析；3)多参数有限尺寸标度方法，精确提取临界指数。

动力学在手性海森堡临界性中的表现
通过模拟蜂窝晶格 Hubbard 模型(U_c≈3.85)，发现从狄拉克半金属(DSM)相驱动时，序参量平方m²∝L^-2R^{(2β-dν)/νr}；而从反铁磁(AFM)相驱动时则遵循m²∝R^2β/νr。标度分析验证了FTS形式(2)(3)式的普适性，其中β=0.76(2)，ν=1.02(1)与平衡态结果一致。

动力学在手性伊辛临界性中的表现
在t-V模型(V_c≈1.355)中观察到类似规律：DSM相驱动时m²∝R^-0.336(4)，与(2β-dν)/νr=-0.31(4)理论预测吻合；电荷密度波(CDW)相驱动时m²∝R^0.496(6)，接近2β/νr=0.54(4)预期。

普适标度理论
提出关键判据z'

这项研究从根本上扩展了KZM理论框架，使其适用于含无能隙费米激发的强关联体系。所发展的非平衡标度方法为实验测定狄拉克QCP临界指数提供了新途径，对量子模拟器设计和拓扑材料非平衡特性研究具有重要指导意义。理论预言的z'<>