高研院在非厄米物理方面的研究取得重大进展


清华新闻网5月12日电 近日,清华大学高等研究院翟荟教授和汪忠研究员的研究组在非厄米物理(non-Hermitian physics)方面的研究取得重大进展,两个研究组各有一篇论文被《自然 物理》(Nature Physics)接收,分别于5月12日和3月16日在线发表。由耗散在量子物质中造成的非厄米效应是近几年物理学中非常活跃的一个研究课题,这两篇论文分别揭示了非厄米效应和多体关联、拓扑相结合产生的新效应。

翟荟研究组发表的题为“非厄米线性响应理论”(Non-Hermitian Linear Response Theory)的理论论文,将非厄米耗散效应转化为一种探测平衡态量子多体关联的新手段。线性响应理论是量子物理中教科书级的理论框架。该理论将物理系统对外界探测的响应和物理系统平衡态的关联性质联系起来,是分析众多物理实验的理论基础。翟荟等人的工作将这一理论推广到物理系统对非厄米耗散过程的响应,他们发现这一响应提供了区分正常物态和奇异物态的一种新的手段。该理论的结论和最近冷原子体系的实验结果高度吻合。

非厄米线性响应理论利用物理系统对耗散的响应来探测系统的性质,得到的结论和冷原子体系实验数据高度吻合。

翟荟教授和中物院研究生院的陈宇副教授为该论文的共同通讯作者,高研院博士后潘磊为论文的第一作者。该研究得到了北京市卓越青年科学家项目、国家科技部重点研发项目和国家自然科学基金委重点项目等的支持。该论文回复审稿意见修改期间,正值新冠疫情防疫阶段。研究组成员克服困难,顺利完成论文修改完善工作。

在题为“量子动力学中的非厄米体边对应”(Non-Hermitian bulk–boundary correspondencein quantum dynamics)的论文中,汪忠研究员和合作者首次在单光子量子行走实验中证实了由汪忠研究组提出的“广义体边对应关系”以及“非厄米趋肤效应”。在拓扑体系中,体边对应关系是一条最基本的原理,它将体系能带的拓扑不变量和稳定的边界态对应起来。 

2018-2019年期间,汪忠研究组先后在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表了四篇理论文章(其中两篇文章被选为“编辑推荐”文章)。这一系列工作提出了广义布里渊区(generalized Brillouin zone)这一概念,建立了非厄米体系的拓扑能带理论,给出了推广的体边对应关系,发现了其中关键的物理效应,并将其命名为非厄米趋肤效应(non-Hermitian skin effect)。 这些理论经国内外同行的发展充实,目前已被国际学术界广为接受,在非厄米物理研究中被广泛采用。最近,除了汪忠及其合作者的这篇实验文章以外,同期或稍后还有来自德国维尔茨堡大学(University of Wurzburg)、德国罗斯托克大学(University of Rostock)、瑞士苏黎世大学(University of Zurich) , 荷兰阿姆斯特丹大学(University of Amsterdam)等研究组的四篇论文,分别在光学、电学、超材料等体系中证实了汪忠研究组提出的广义体边对应关系和非厄米趋肤效应。

广义布里渊区(b)上定义的拓扑不变量准确预言了量子行走实验中测量到的拓扑边界态(c),体现了非厄米广义体边对应原理

汪忠研究员和中国科学技术大学教授易为、北京计算科学中心教授薛鹏为该实验论文的共同通讯作者,原中科大博士生、现为清华大学高研院博士后的邓天舒为论文的共同第一作者。 汪忠研究员的研究得到了国家自然科学基金委的支持。清华大学物理系2015级本科生、2018年本科生特等奖学金获得者姚顺宇本科期间在汪忠研究组参与研究工作,在这一理论发展中发挥了重要作用。他参加了上述四篇《物理评论快报》(Physical Review Letters)论文的研究,并且是其中两篇论文的第一作者。

论文链接:

[1] Non-Hermitian Linear Response Theory

https://www.nature.com/articles/s41567-020-0889-6

[2] Non-Hermitian bulk–boundary correspondence in quantum dynamics

https://www.nature.com/articles/s41567-020-0836-6

供稿:高研院

编辑:李晨晖

审核:程曦

2020年05月12日 08:15:28  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新