北京理工大學(xué)教授與合作者在非厄米拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2022-08-10 供稿：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：姜艷 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)物理學(xué)院路翠翠教授與北京大學(xué)胡小永教授和龔旗煌院士、香港科技大學(xué)陳子亭院士等人在非厄米拓?fù)涔庾訉W(xué)研究中發(fā)展出一種研究增益-損耗疇壁拓?fù)涔鈱W(xué)體系的有效哈密頓量新方法，揭示了由增益-損耗疇壁誘導(dǎo)拓?fù)鋺B(tài)的產(chǎn)生機(jī)制，發(fā)表在物理學(xué)權(quán)威期刊Physical Review Letters上。
非厄米拓?fù)涔庾訉W(xué)體系與厄米體系相比,，具有復(fù)雜的物理。由于真實(shí)世界中開放的體系大都是非厄米體系,，因此研究非厄米拓?fù)涔庾訉W(xué)體系在基礎(chǔ),、前沿、應(yīng)用等多方面都具有重要的價(jià)值,。在通常情況下,，如果將拓?fù)浞瞧椒才c拓?fù)淦椒驳膬蓚€(gè)疇（domain）拼接在一起，在疇壁（domain wall）上會(huì)出現(xiàn)拓?fù)溥吔鐟B(tài),，拓?fù)鋺B(tài)的數(shù)量對(duì)應(yīng)于相應(yīng)拓?fù)洳蛔兞康牟钪?，拓?fù)洳蛔兞縿t可以通過對(duì)相應(yīng)體系進(jìn)行能帶分析得出。研究表明即使把兩個(gè)拓?fù)涞葍r(jià)的疇拼接在一起,，當(dāng)增大兩個(gè)疇的增益/損耗差值時(shí)在疇壁上也會(huì)出現(xiàn)局域的拓?fù)溥吔鐟B(tài),，這種拓?fù)鋺B(tài)不能用拓?fù)洳蛔兞縼砜坍嫞矣捎隗w系沒有平移對(duì)稱性,，無法直接利用現(xiàn)有的理論計(jì)算方法開展深入研究,。
為了給出更加普適的研究方法，研究團(tuán)隊(duì)研究了AAH模型,、SSH模型,、谷光子晶體和C6v類型的光子晶體等多種常見的非厄米拓?fù)涔庾訉W(xué)體系，提出了一種通過引入不同疇拓?fù)鋺B(tài)之間耦合系數(shù)來構(gòu)建體系有效哈密頓量的新方法,，為研究新型增益-損耗疇壁拓?fù)涔鈱W(xué)體系提供了較為普適的研究方案,。在由緊束縛哈密頓量H_1D描述的一維AAH構(gòu)型中,，使用擬合的方法確定有效哈密頓量H_eff的相關(guān)參數(shù)，理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)有效哈密頓量H_eff可以準(zhǔn)確的描述相應(yīng)拓?fù)鋺B(tài)的模式分布與模式頻率（圖1）,。同時(shí),，研究團(tuán)隊(duì)將該方法推廣至高維，通過在二維AAH構(gòu)型中構(gòu)造十字形的增益-損耗界面,，還實(shí)現(xiàn)了由增益-損耗疇壁誘導(dǎo)的拓?fù)浣菓B(tài),，并成功構(gòu)建出有效哈密頓量分析相應(yīng)現(xiàn)象，通過適當(dāng)調(diào)整體系參數(shù)與體系內(nèi)的增益損耗分布,，可以在二維體系內(nèi)的不同位置誘導(dǎo)出拓?fù)浣菓B(tài)（圖2）,。這一工作揭示了由增益-損耗疇壁誘導(dǎo)的拓?fù)鋺B(tài)的產(chǎn)生機(jī)制，同時(shí)對(duì)有源調(diào)控拓?fù)鋺B(tài)具有指導(dǎo)意義,。
圖1 (a)通過引入?yún)?shù)擬合有效哈密頓量中的耦合項(xiàng),。(b),(c) 分別由H_1D與H_eff得出的模式頻率與模式分布的比較,。
圖2 設(shè)計(jì)增益損耗的分布,，可以在二維體系內(nèi)不同位置誘導(dǎo)出角態(tài)。
北京理工大學(xué)路翠翠教授,、北京大學(xué)胡小永教授和香港科技大學(xué)陳子亭院士為論文的共同通訊作者,，北京大學(xué)博士生李延?xùn)|與本科畢業(yè)生范崇嘯（現(xiàn)就讀于德國馬克斯普朗克研究所）是文章的共同第一作者。該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國家自然科學(xué)基金,、北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者學(xué)術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目支持。
文章信息：
Yandong Li,# Chongxiao Fan,# Xiaoyong Hu,* Yutian Ao, Cuicui Lu*, C. T. Chan,* Dante M. Kennes, and Qihuang Gong, Effective Hamiltonian for Photonic Topological Insulator with Non-Hermitian Domain Walls, Physical Review Letters 129, 053903 (2022).
文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.053903
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