弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体及多重体边对应 发展

时间: 2023-11-29 02:39:04 |   作者: 汽车零部件

  拓扑物相在曩昔近二十年里遭到理论和试验学家的广泛重视，成为凝聚态物理和量子模仿等范畴的研讨热门。根据系统的对称性和维度，拓扑绝缘体可大致分为十个Atland-Zirnbauer类，系统的拓扑不变量由阿贝尔群元Z或许Z2给出。最近，人们发现某些能够逾越以上阿贝尔型分类。例如，当多个带隙耦合在一起时，一起具有时刻与空间（PT）反演对称性时，一维绝缘体的拓扑不变量由表明。系统的拓扑态由四元数荷Q8={±i,±j,±k,-1,1}来表征，它们满意i2=j2=k2=ijk=-1，ij=-ji,ik=-ki,jk=-kj。非阿贝尔拓扑绝缘体具有更丰厚的

  图1、 周期驱动系统中的多带隙拓扑。a. 由四元数荷表征的拓扑绝缘的本征态构成的参考系旋转简图。在晶格动量从-π到π规模内变化时，榜首、第二、第三能带的本征态在单位球面上的轨道分别用红、绿、蓝符号。 b. 周期驱动的进程， H1 (H2) 分别只包括胞内（胞间）的耦合。c. 准能带隙的符号。 d, e. 开鸿沟下四元数荷为q = j时，系统的准能谱和波函数空间散布(用色度表明)。在d 图中，鸿沟态一起呈现在榜首和第二带隙中。在e 图中，鸿沟态只呈现在第三带隙中。

  与静态系统不同，周期性驱动或Floquet（弗洛凯）系统为完成各种别致物态荷动力学行为供给了丰厚的手法和渠道，因而成为非平衡量子物理的研讨要点。周期驱动系统中存在许多静态系统中所没有的拓扑现象。例如，在失常弗洛凯陈绝缘体中，即便系统的有用哈密顿量的陈数为零，失常的鸿沟态依旧能存在。在此布景之下，很自然地会提出这样的基本问题：是不是真的存在弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体以及怎样来完成？它与静态的非阿贝尔拓扑绝缘体有何异同点？弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体中的体边对应联系是怎样的？非阿贝尔拓扑性质如安在系统的动力学中表现？

  图2、 弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体中的失常鸿沟态。a. 开鸿沟条件下，系统的准能谱和本征态的空间散布，系统的体四元数荷为 q=1。b. 在2D的动量-时刻空间中的相带，其间狄拉克奇点用红点标出。插图:带四元数荷 j,i 和k的狄拉克点在(k,t)空间中的方位。P点是围道的参考点。有用哈密顿量的四元数荷和狄拉克点的四元数荷的联系为：1=k(-i)j。

  最近，我国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心凝聚态理论与资料核算要点试验室T01组的胡海平特聘研讨员与博士后李天宇研讨了具有PT对称性的多耦合带隙的弗洛凯系统，提出了一类新式的拓扑物态—弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体，并发现了其在拓扑和动力学上迥异于静态或阿贝尔系统的性质。该团队展示了该系统中的体边对应是多重的，并遵从四元数群Q8的乘法规矩。在该系统中，相同的四元数电荷可对应于几种不同的边际态构型，这些构型完全由时刻演化的相带中的奇点描写。

  图3、弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体中的多重体边对应。榜首列列出了有用哈密顿量的四元数荷，不同的行对应Q8的五个共轭类。第二列和第三列给出了对应的相带结构，其间红点表明奇点。第三列给出在准能量布里渊区鸿沟存在带穿插的景象。第四/第五列勾画出与第二/第三列中的相带相对应的鸿沟态构型，其间黑点表明鸿沟态。弗洛凯系统中特有的构型见第五列。这个列表相同适用于畴壁模。

  在失常非阿贝尔相中，虽然四元数荷是普通的，但在一切带隙中都呈现了边际态。此外，该团队还发现了一种别致的动力学效应—交流外界驱动可导致畴壁形式的呈现。这一效应展示了系统动力学进程的不行交流性，对错阿贝尔系统的特有性质。此外，该团队还提出了详细的紧捆绑模型及周期驱动方案来完成各种具有不一样拓扑荷的弗洛凯非阿贝尔拓扑绝缘体，并希望在将来的量子模仿渠道中得以完成。这项研讨不只让人们更全面地舆解了多带非平衡系统的非阿贝尔行为，还为探究非平衡拓扑相中的丰厚现象和未知范畴拓荒了新的可能性。

  图4、非阿贝尔拓扑中特有的替换驱动界面模。a. 周期驱动设置: 左右两个子系统经过交流驱动的界面衔接。b. 两头开鸿沟的准能谱及其本征态的空间散布，可见在第三个带隙处呈现了一对畴壁态。c. 改换O(蓝色曲线)的参数空间(用实心球表明)中的轨道。当k从-π到π变化时，O的轨道形成了一个闭合的非普通环路，该环路衔接了SO(3)中的一对对径点。作为比照，黑色曲线)中的一个普通环路。

  该作业遭到科技部国家要点研制方案 (2022YFA1405800) 、我国科学院和我国博士后科学基金(2023M733719)等项目的赞助。