Team observerer tredjeordens ekstraordinære linje i nitrogen-ledige spin-system

Forskere har systematisk undersøgt forholdet mellem symmetrier og højordens ikke-hermitiske exceptionelle punkter (EP'er) og observeret tredjeordens exceptionelle linje (EL) i et nitrogen-vacancy (NV) spin-system. Værket er publiceret i tidsskriftet Nature Nanotechnology .

EP'er er singulariteter i ikke-hermitiske systemer, hvor der er to eller flere egenværdier og egentilstande smelter sammen. Mange eksotiske topologiske fænomener og nye dynamiske træk opstår takket være EP'ernes unikke karakteristika. EP'er har spillet en væsentlig rolle i forståelsen af ​​banebrydende områder som kvanteberegning og topologiske faseovergange.

Højordens EP'er udviser rigere topologiske egenskaber og bedre sanseydelse end andenordens EP'er. Det er dog ret vanskeligt at realisere EP'er af høj orden, da det er afhængigt af den samtidige tuning af flere systemparametre, og jo højere rækkefølgen af ​​EP'erne er, jo flere systemparametre skal tunes samtidigt, hvilket gør realiseringsprocessen udfordrende.

Forskerholdene – ledet af akademiker Du Jiangfeng og prof. Rong Xing fra CAS Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance fra University of Science and Technology of China (USTC) – brugte et enkelt NV-center, en atom-skala defekt i diamant og nuklear spin-system for at realisere de ikke-hermitiske systemer, der omfatter både PT-symmetri og pseudochiralitet. Endvidere blev den eksperimentelle observation af tredjeordens EL i todimensionelt parameterrum rapporteret.

Ved systemisk at undersøge symmetriens rolle i højordens EP-geometrier afslørede forskerne, at tredjeordens EP'er kan eksistere som isolerede punkter, når der kun var PT-symmetri i den ikke-ermitiske Hamiltonian.

Forskerne undersøgte yderligere forholdet mellem tredjeordens EP'er og symmetrierne hos de ikke-ermitiske Hamiltonianere. Det viste sig, at der ikke var nogen tredjeordens EP, når den ikke-ermitiske Hamiltonianer ikke havde nogen symmetri, hvilket understreger vigtigheden af ​​symmetrier i studiet af strukturen af ​​højordens EP'er.

Det er værd at nævne, at den vellykkede observation af højordens EP-geometrier har nydt godt af de tidligere undersøgelser i diamanter. Prof. Wang Ya har især været dedikeret til syntese og produktion af højkvalitetsdiamanter i mange år, hvilket har lagt et solidt grundlag for dette arbejde.

Dette arbejde er af fundamental betydning for ikke-ermitiske studier. Det kan yderligere anvendes til at udforske højordens EP-relateret topologisk fysik på atomskala og kaste lys over kvantekontrol og kvanteforbedret metrologi.

Flere oplysninger: Yang Wu et al., enestående tredje-ordens linje i et nitrogen-ledig spin-system, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01583-0

Journaloplysninger: Natur nanoteknologi

Leveret af University of Science and Technology i Kina