北京理工大學(xué)在非厄米拓?fù)潆娐泛透唠A趨膚效應(yīng)研究方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2021-12-13 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：姜艷 閱讀次數(shù)：
日前,，北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東教授課題組和集成電路與電子學(xué)院孫厚軍教授課題組合作，在非厄米拓?fù)潆娐泛透唠A趨膚-拓?fù)湫?yīng)研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Communications》上,。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃的資助,。
與厄米系統(tǒng)相比，非厄米系統(tǒng)能夠展現(xiàn)出一些獨(dú)特的行為,，如態(tài)分布往某一個方向上聚集,，也就是趨膚效應(yīng)。另外,，在非厄米系統(tǒng)中通過設(shè)計參數(shù)也可以構(gòu)造出拓?fù)鋺B(tài),。最近的理論研究顯示：趨膚效應(yīng)和拓?fù)鋺B(tài)同時存在時會產(chǎn)生雜化效應(yīng)，即雜化高階趨膚-拓?fù)湫?yīng),。這種雜化效應(yīng)特別有趣,，它展示了一種高維新態(tài)，在厄米或非拓?fù)湎到y(tǒng)中是不存在的,。其特點(diǎn)是拓?fù)渚植炕试S非厄米趨膚效應(yīng)只作用于特殊拓?fù)淠Ｊ?，這大大增強(qiáng)了高維魯棒性的豐富性，超越了通常的高階拓?fù)洮F(xiàn)象,，并引發(fā)了高階拓?fù)潴w邊緣定理的重新表達(dá),，適用于新的高階趨膚和拓?fù)涓鞣N相互作用。
由于體系的復(fù)雜性,，實(shí)驗上需要在某個空間方向上構(gòu)造出能展示拓?fù)渚钟虻哪Ｊ?，而在另一個方向上使得這些拓?fù)淠Ｊ秸故沮吥w效應(yīng)。這導(dǎo)致了實(shí)驗觀察非常困難,，所以這種現(xiàn)象從來沒被實(shí)驗觀測到,。
近期，北京理工大學(xué)研究團(tuán)隊設(shè)計出非厄米經(jīng)典電路首次觀察到了雜化高階趨膚-拓?fù)湫?yīng),。研究者通過拓?fù)潆娐菲脚_實(shí)現(xiàn)了二維和三維的雜化高階趨膚-拓?fù)鋺B(tài),，并使趨膚效應(yīng)選擇性地僅作用于拓?fù)溥吔缒＃蛔饔糜隗w模,。實(shí)驗是在專門設(shè)計的非互易2D和3D拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的,，它展示了不可逆泵浦和拓?fù)渚钟蚧绾蝿討B(tài)相互作用以形成各種新穎的態(tài)，例如2D趨膚-拓?fù)洹?D趨膚-拓?fù)?拓?fù)潆s化態(tài),、以及2D和3D高階非厄米趨膚態(tài),。這種電路設(shè)計方法具有高度通用且可擴(kuò)展性。
圖1 (a)二維趨膚-拓?fù)湫?yīng)實(shí)驗樣品圖,。(b)二維二階趨膚效應(yīng)實(shí)驗樣品圖,。(c) 二維趨膚-拓?fù)湫?yīng)能量分布圖。(d)二維二階趨膚效應(yīng)能量分布圖,。
圖1顯示了二維趨膚-拓?fù)湫?yīng)的設(shè)計電路及測量結(jié)果,。從圖1(c)可以清楚地看到,，在左上角和右下角出現(xiàn)了較大的電壓幅值，在原胞中子晶格的振幅是不相等的,。例如,，在電路的左上角,，只有原胞子晶格d具有較大的振幅,，而相鄰的子晶格a和b具有非常小的振幅。這些在不同子晶格上的不均勻分布表明角模是由沿x和y方向的一維拓?fù)淠５姆腔ヒ宗吥w效應(yīng)引起的,。由于缺乏完全的破壞性干擾,，它們在局部是非互易的。這種子晶格對稱性的自發(fā)破缺以及由此產(chǎn)生的非互易性在拓?fù)淠Ｊ街惺瞧毡榈?，這導(dǎo)致了混合趨膚-拓?fù)淠Ｊ?。在圖2(d)中，角模由電路右下角的大振幅電壓表示,。右下角不同子晶格處的電壓幾乎相同,，這是典型的二階趨膚效應(yīng)。
圖2 (a)和（b）三維趨膚-拓?fù)湫?yīng)實(shí)驗樣品圖,。(c)三維高階趨膚效應(yīng)實(shí)驗樣品圖,。(d) 三維趨膚-拓?fù)湫?yīng)能量分布圖。(e)三維高階趨膚效應(yīng)能量分布圖,。
圖2展現(xiàn)了三維趨膚-拓?fù)湫?yīng)的設(shè)計電路及測量結(jié)果,，其電壓分布特性與二維結(jié)果相類似。也就是說,，三維趨膚-拓?fù)潆s化效應(yīng)也被設(shè)計的電路實(shí)驗所證實(shí),。相關(guān)工作在Nature Communications上發(fā)表[Nat Commun 12, 7201 (2021)]。北京理工大學(xué)物理學(xué)院2016級博士生鄒德源(現(xiàn)為集成電路與電子學(xué)院博士后)和物理學(xué)院陳天副教授為論文的共同第一作者,。集成電路與電子學(xué)院碩士生賀文靜和博士生包家誠,，以及新加坡國立大學(xué)物理系Ching Hua Lee為論文的共同作者。北京理工大學(xué)物理學(xué)院陳天副教授和張向東教授以及集成電路與電子學(xué)院孫厚軍教授為論文通訊作者,。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26414-5
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