Biorthogonal korrespondens mellan bulk och gränsområde i icke-hermitiska system

Icke-hermitiska system uppvisar slående undantag från den paradigmatiska korrespondensen mellan bulk och gräns, inklusive misslyckandet för Blochbandsvarianter i bulk att förutsäga gränstillstånd och (o)utseende av gränstillstånd vid parametervärden som ligger långt ifrån dem som motsvarar gapstängningar i periodiska system utan gränser. Här tillhandahåller vi en omfattande ram för att lösa denna skillnad, baserad på begreppet biorthogonal kvantmekanik: Medan egenskaperna hos de vänstra och högra egenstaterna som motsvarar gränslägena är individuellt frikopplade från massfysiken i icke-Hermitiska system, tränger deras kombinerade biorthogonala densitet in i massfysiken just när fasövergångar inträffar. Detta leder till en generaliserad bulk-gränskorrespondens och en kvantiserad biorthogonal polarisering som formuleras direkt i system med öppna gränser. Vi illustrerar våra allmänna insikter genom att härleda fasdiagrammet för flera mikroskopiska modeller med öppna gränser, inklusive exakt lösliga icke-Hermitiska utvidgningar av Su-Schrieffer-Heeger-modellen och Chern-isolatorer.

Exceptionella spinnvätskor från kopplingar till miljön

Vi konstaterar att det finns en kvalitativt ny typ av spinnvätska med framväxande exceptionella punkter när den kopplas till omgivningen. Vi betraktar ett öppet system av Kitaev-honeycomb-modellen som är generiskt kopplat till en yttre miljö. I utvidgade parameterregimer delas Dirac-punkterna för de framväxande Majorana-fermionerna från den ursprungliga modellen upp i exceptionella punkter med Fermi-bågar som förbinder dem. I skarp kontrast till den ursprungliga gaplösa fasen i honungskaksmodellen, som kräver tidsomvändningssymmetri, är denna nya fas stabil mot alla störningar. Systemet uppvisar också en stor känslighet för randvillkor till följd av den icke-Hermitiska hudeffekten med avslöjande experimentella konsekvenser. Våra resultat pekar på uppkomsten av nya klasser av spinnvätskor i öppna system som kan realiseras generiskt på grund av oundvikliga kopplingar med omgivningen.

Icke-hermitiska topologiska sensorer

Vi introducerar och studerar en ny klass av sensorer vars känslighet växer exponentiellt med enhetens storlek. Det är anmärkningsvärt att denna drastiska förbättring inte är beroende av någon finjustering, utan visar sig vara ett stabilt fenomen som är immunt mot lokala störningar. Den fysiska mekanismen bakom detta slående fenomen är nära kopplad till den onormala känslighet för randvillkor som observerats i icke-Hermitiska topologiska system. Vi beskriver konkreta plattformar för det praktiska genomförandet av dessa icke-Hermitiska topologiska sensorer som sträcker sig från klassiska metamaterial till syntetiska kvantmaterial.

Exotiska icke-Abeliska topologiska defekter i lattice Fractional Quantum Hall States

Vi undersöker extrinsiska maskhålsliknande vridningsdefekter som effektivt ökar rummets genus i gitterversioner av multikomponenters fraktionella kvant-Hall-system. Även om den ursprungliga bandstrukturen förvrängs av dessa defekter, vilket leder till lokaliserade midgaptillstånd, finner vi att ett nytt lägsta platta band som representerar ett system med högre genus kan skapas genom att ställa in lokala potentialer för enstaka partiklar. Det är anmärkningsvärt att vi, när lokala många-kroppsinteraktioner i detta nya band väl är aktiverade, identifierar olika abeliska och icke abeliska fraktionella quantum Hall-tillstånd, vars degeneration i grundtillståndet ökar med antalet defekter, dvs. med rummets genus. Denna känslighet för topologisk degenerering för defekter ger en "proof of concept"-demonstration av att genoner, som förutsägs av topologisk fältteori som exotiska icke-Abeliska defekter som är knutna till en varierande topologi i rummet, faktiskt existerar i realistiska mikroskopiska modeller. Våra resultat visar särskilt att genoner kan skapas i laboratoriet genom att kombinera fysiken hos konstgjorda gaugefält i kalla atomsystem med redan existerande holografiska strålformningsmetoder för att skapa vridningsdefekter.