清華新聞網(wǎng)5月12日電 近日，清華大學(xué)高等研究院翟薈教授和汪忠研究員的研究組在非厄米物理(non-Hermitian physics)方面的研究取得重大進(jìn)展，兩個(gè)研究組各有一篇論文被《自然 物理》(Nature Physics)接收，分別于5月12日和3月16日在線發(fā)表。由耗散在量子物質(zhì)中造成的非厄米效應(yīng)是近幾年物理學(xué)中非常活躍的一個(gè)研究課題，這兩篇論文分別揭示了非厄米效應(yīng)和多體關(guān)聯(lián)、拓?fù)湎嘟Y(jié)合產(chǎn)生的新效應(yīng)。
翟薈研究組發(fā)表的題為“非厄米線性響應(yīng)理論”（Non-Hermitian Linear Response Theory）的理論論文，將非厄米耗散效應(yīng)轉(zhuǎn)化為一種探測(cè)平衡態(tài)量子多體關(guān)聯(lián)的新手段。線性響應(yīng)理論是量子物理中教科書級(jí)的理論框架。該理論將物理系統(tǒng)對(duì)外界探測(cè)的響應(yīng)和物理系統(tǒng)平衡態(tài)的關(guān)聯(lián)性質(zhì)聯(lián)系起來，是分析眾多物理實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)。翟薈等人的工作將這一理論推廣到物理系統(tǒng)對(duì)非厄米耗散過程的響應(yīng)，他們發(fā)現(xiàn)這一響應(yīng)提供了區(qū)分正常物態(tài)和奇異物態(tài)的一種新的手段。該理論的結(jié)論和最近冷原子體系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合。
非厄米線性響應(yīng)理論利用物理系統(tǒng)對(duì)耗散的響應(yīng)來探測(cè)系統(tǒng)的性質(zhì)，得到的結(jié)論和冷原子體系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。
翟薈教授和中物院研究生院的陳宇副教授為該論文的共同通訊作者，高研院博士后潘磊為論文的第一作者。該研究得到了北京市卓越青年科學(xué)家項(xiàng)目、國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目等的支持。該論文回復(fù)審稿意見修改期間，正值新冠疫情防疫階段。研究組成員克服困難，順利完成論文修改完善工作。
在題為“量子動(dòng)力學(xué)中的非厄米體邊對(duì)應(yīng)”（Non-Hermitian bulk–boundary correspondencein quantum dynamics）的論文中，汪忠研究員和合作者首次在單光子量子行走實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了由汪忠研究組提出的“廣義體邊對(duì)應(yīng)關(guān)系”以及“非厄米趨膚效應(yīng)”。在拓?fù)潴w系中，體邊對(duì)應(yīng)關(guān)系是一條最基本的原理，它將體系能帶的拓?fù)洳蛔兞亢头€(wěn)定的邊界態(tài)對(duì)應(yīng)起來。
2018-2019年期間，汪忠研究組先后在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上發(fā)表了四篇理論文章（其中兩篇文章被選為“編輯推薦”文章）。這一系列工作提出了廣義布里淵區(qū)(generalized Brillouin zone)這一概念，建立了非厄米體系的拓?fù)淠軒Ю碚摚o出了推廣的體邊對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了其中關(guān)鍵的物理效應(yīng)，并將其命名為非厄米趨膚效應(yīng)（non-Hermitian skin effect）。 這些理論經(jīng)國(guó)內(nèi)外同行的發(fā)展充實(shí)，目前已被國(guó)際學(xué)術(shù)界廣為接受，在非厄米物理研究中被廣泛采用。最近，除了汪忠及其合作者的這篇實(shí)驗(yàn)文章以外，同期或稍后還有來自德國(guó)維爾茨堡大學(xué)（University of Wurzburg）、德國(guó)羅斯托克大學(xué)（University of Rostock）、瑞士蘇黎世大學(xué)(University of Zurich) , 荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)(University of Amsterdam)等研究組的四篇論文，分別在光學(xué)、電學(xué)、超材料等體系中證實(shí)了汪忠研究組提出的廣義體邊對(duì)應(yīng)關(guān)系和非厄米趨膚效應(yīng)。
廣義布里淵區(qū)(b)上定義的拓?fù)洳蛔兞繙?zhǔn)確預(yù)言了量子行走實(shí)驗(yàn)中測(cè)量到的拓?fù)溥吔鐟B(tài)(c)，體現(xiàn)了非厄米廣義體邊對(duì)應(yīng)原理
汪忠研究員和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授易為、北京計(jì)算科學(xué)中心教授薛鵬為該實(shí)驗(yàn)論文的共同通訊作者，原中科大博士生、現(xiàn)為清華大學(xué)高研院博士后的鄧天舒為論文的共同第一作者。 汪忠研究員的研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。清華大學(xué)物理系2015級(jí)本科生、2018年本科生特等獎(jiǎng)學(xué)金獲得者姚順宇本科期間在汪忠研究組參與研究工作，在這一理論發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。他參加了上述四篇《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)論文的研究，并且是其中兩篇論文的第一作者。
論文鏈接:
[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
編輯：李晨暉
審核：程曦
