在基础物理研究领域，建立自旋相互作用的简单模型意义重大，不仅可以发现磁性材料的许多新奇特性，还可以拓展到其他体系，譬如晶格中的玻色子和费米子、规范场理论、高温超导、量子自旋，以及具有异质粒子的系统。通过超冷原子建立一个多功能的平台，来研究和比较这些模型，是该领域的长期目标。然而，目前为止，科学家只能在具有各向同性自旋-自旋相互作用的系统中研究自旋输运。

有鉴于此，MIT的Paul Niklas Jepsen等人报道了一种基于超冷原子的可调谐海森堡模型，可用于描述晶格上的各向异性最近邻自旋-自旋耦合（称为XXZ模型）。

基于该模型，作者研究了自旋印迹螺旋结构在量子猝灭后远未达到平衡状态时的自旋输运。在三个可能方向中，当自旋仅沿其中两个方向耦合时（XX模型），作者发现自旋动力学的弹道行为；而对于各向同性自旋相互作用（XXX模型），作者发现了扩散行为。

研究表明，对于正各向异性，动力学范围从反超扩散到亚扩散；而对于负各向异性，作者观察到了从弹道到扩散运输的时域交叉。

这项研究发现了与线性响应机制相反的现象，为理解远离平衡的量子多体动力学提供了新的见解。

参考文献：

Paul Niklas Jepsen et al. Spin transport in a tunable Heisenberg model realized with ultracold atoms. Nature 2020, 588, 403-407.

https://www.nature.com/articles/s41586-020-3033-y