宇称表征了物理现象的镜像对称性，在具有冷缩热胀的晶格体系中，原子间相互作用的宇称会被非谐相互作用所破坏。对称性破缺通常意味着相变的发生，但是相互作用的宇称破缺是否意味着某些晶格体系中存在的可能的相变行为，以及相变会如何影响晶格的热力学性质，这个问题一直以来并没有答案。

针对以上问题，中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心陈济舸副研究员、上海光源科学中心王杨杰、江西师范科技大学汪剑津在由宇称破缺导致超晶格体系的热导准相变机制的研究工作中取得进展。如图1所示，该团队通过在一维非线性FPUT超晶格的热传导研究中发现，随着晶格相互作用非对称强度的增加，超晶格存在一个对称性的临界点，热导在临界点前与超晶格原胞无关，越过临界点后热导依赖于原胞大小。该研究成果以“Broken-parity-induced crossover of thermal conduction in the Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou lattice”为题，发表在《物理评论E》(Physical Review E)上。

图1：FPUT超晶格模型及其哈密顿量

研究团队长期从事晶格动力学的理论研究，在晶格体系的非线性动力学与热传导方面取得了一系列成果，发现了非线性能量载流子（孤子和激波等）对改变晶格热输运的作用机制(PRB 108, 144301 (2023), PRB 104, 224306 (2021), PRB 95, 134301 (2017)，PRE 101, 042207 (2020))。研究团队发现，在FPUT超晶格中，原子位移的镜像对称性与结构熵会随着宇称破缺在临界点存在高阶奇异性(a high-order singularity)，这导致能量载流子波包的输运行为在临界点前后发生非连续变化。该研究成果揭示了原子间相互作用的宇称对称性对决定晶格热力学性质的重要影响。

该研究得到了上海市科委、中国科学院国际合作局、国家自然科学基金、中国博士后研究计划、上海光源数据中心、上海超算等的帮助支持。

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.111.054112