d波超导表面时间反演对称态的破缺效应对隧道谱的影响

考虑到d 波超导表面时间反演对称态的破缺与粗糙散射效应,在Blonder- Tinkham -Klapw ijk(BTK)理论框架下,通过求解Bogoliubov- de Gennes(BdG)方程,计算正常金属- d 波超导隧道结中的准粒子输运系数、隧道谱和束缚态密度。研究表明:(1)d 波超导表面时间反演对称态的破缺会导致零偏压电导峰位移,位移的程度取决于分解d 波超导表面时间反演对称态中S波分量的强度;(2)粗糙界面散射不仅可压低零偏压电导峰,还会阻碍零偏压电导峰的位移。所得的这些结果能很好地解释目前有关高TC

自旋陈数理论和时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

一般认为,量子自旋霍尔效应只有受到时间反演对称性的保护才是稳定的。但是,因为在实际材料中破坏时间反演对称性的微扰往往无法避免,这种受时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应在真实环境中并不稳定。本综述将介绍近期在寻找无需时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应方向上的系列研究进展。我们将证明量子自旋霍尔体系的非平庸拓扑性质在时间反演对称性被破坏后仍然可以完好存在,并通过一个规范讨论,将边缘态一般性质和体能带的非平庸拓扑性质联系起来。进一步,将探讨通过人工消除边缘态时间反演对称性而实现稳定的量子自旋霍尔效应的方案。此外,我们还将介绍自旋陈数理论,自旋陈数是在没有时间反演对称性存在时,表征量子自旋霍尔体系所处不同拓扑相的有效工具。

时间反演对称性引起的自旋宇称效应

推广关于由有限重轴旋转对称性导致的自旋宇称效应的纯量子力学理论，建立了源于时间反演对称性的自旋宇称效应：所涉及的量子系统既可以是单自旋的，也可以是多自旋的；所涉及的状态可以是自旋在任意轴上的投影的任意一对具有反号本征值的本征态；所涉及的自旋可以有任意的量子数。结果还清楚地表明：上述两种对称性所引起的自旋宇称效应互为补充。

斯托克斯和反斯托克斯拉曼位移差与时间反演对称性

首先列出若干Stokes和anti-Stokes位移不对称的事例,并在此基础上指出,如果将anti-Stokes散射严格定义为Stokes散射的时间反演行为,则对于初态或末态具有Kramers简并的体系,Stokes和anti-Stokes散射的拉曼位移可以不同.这是因为时间的正过程和反演过程各对应于不同的跃迁途径,其位移大小的差别与简并能级的分裂值相关.

时间反演对称性引起的自旋宇称效应

推广关于由有限重轴旋转对称性导致的自旋宇称效应的纯量子力学理论 ,建立了源于时间反演对称性的自旋宇称效应 .所涉及的量子系统既可以是单自旋的 ,也可以是多自旋的 ;所涉及的状态可以是自旋在任意轴上的投影的任意一对具有反号本征值的本征态 ;所涉及的自旋可以有任意的量子数 .结果还清楚地表明 :上述两种对称性所引起的自旋宇称效应互为补充 。

d波超导体NIS结中的时间反演对称态的破缺与准粒子寿命效应

考虑到d波超导表面时间反演对称态的破缺与准粒子的有限寿命效应,在BlonderTinkhamKlapwijk(BTK)理论框架下,通过求解BogoliubovdeGennes(BdG)方程,计算正常金属d波超导隧道结中的准粒子输运系数与隧道谱.研究表明:1)d波超导表面时间反演对称态的破缺会导致零偏压电导峰位移,位移的程度取决于分解d波超导表面时间反演对称态中s波分量的强度;2)准粒子的寿命效应与粗糙界面散射效应都能压低零偏压电导峰,其中粗糙界面散射还会阻碍零偏压电导峰的位移.

电磁推迟相互作用与光的高阶受激辐射和吸收过程的时间反演对称性破坏

采用量子力学微扰论方法证明,尽管量子力学运动方程和辐射场与带电粒子的电磁相互作用Hamiltonian量在时间反演下保持不变,考虑到辐射场的推迟效应(多极矩效应)后,光的高阶受激辐射和受激吸收过程是破坏时间反演对称性的.产生时间反演对称性破坏的原因在于,束缚态原子不同能级间的跃迁要满足能量守恒关系,以及束缚态原子本身的某些特殊性质,导致某些跃迁子过程被禁戒或无法实现,从而使另外一些可实现的跃迁子过程的时间反演对称性被破坏.这些可实现的跃迁子过程就是实际观察到的物理过程,它们一般是不可逆的.时间反演对称性破坏也与束缚态原子在时间反演前后初始态的不对称有关,对于能级连续分布的非束缚态带电粒子与辐射场间的相互作用,就不存在这种时间反演对称性破坏.因此考虑辐射场的推迟效应和高阶修正后,光的受激辐射和受激吸收系数是不一样的,这种修正能为非平衡态激光物理学和非线性光学提供更为合理的理论基础.

电磁推迟相互作用和非线性光学过程的时间反演对称性破坏

在文献[1]中，通过量子力学的计算证明，考虑到电磁推迟相互作用后，光的高阶受激辐射与吸收过程存在时间反演对称性破坏。在此基础上，本文进一步讨论光学倍频、和频、差频过程，光学双稳态过程，光学自聚焦和自发散过程，光回波现象，以及光的自变透明和自变吸收等非线性光学过程中存在的时间反演对称性破坏现象。

非厄米力学系统基本原理与研究进展

非厄米理论是研究开放系统动力学行为的一种理论框架,其概念起源于量子力学,借助该理论可以揭示出奇异点、手性模态转换、拓扑趋肤效应等新奇现象,为反常波动与振动调控提供了新思路.本文着重以力学的语言对非厄米系统的基础概念进行介绍,阐明经典系统与非厄米系统的关联和扩展关系,并介绍相关前沿研究进展.首先介绍非厄米力学系统中的奇异点、宇称-时间反演对称性等基本概念,并介绍奇异点微扰理论及其在高灵敏度传感等领域的应用机理,之后介绍奇异点附近特征值曲面的拓扑结构,以及环绕奇异点的模态演化规律,最后介绍非厄米力学系统中的拓扑波动行为.

王锐、许东辉课题组在新型笼目晶格材料的拓扑超导研究中取得重要进展

2023年8月25日,重庆大学物理学院王锐教授和许东辉副教授课题组从理论上研究了新型笼目晶格材料中基于手性通量相的拓扑超导电性,建立了手性拓扑超导电性与破坏时间反演对称电荷密度波序之间的关联,揭示了上述拓扑超导相中特殊混合手性的马约拉纳边界模,并探究了其量子输运行为的特性。

驱动模式对具有库源平衡的黏性流体中空间反射时间反演联合对称性的影响

满足空间反射时间反演parity and time-reversal(PT)联合对称性的库源平衡宏观开放系统近几年成为一个研究热点.本文将PT对称性引入到动力学系统,用格子玻尔兹曼方法求解Navier-Stokes方程,发现在二维黏性流体中,如果进口和出口的条件完全等同,在低雷诺数流动中,流场的PT对称函数(ρ)随雷诺数(Re)的增高以ρn～Ren指数增长.用三种不同的速度剖面来驱动流体,计算流场达到稳定状态时的PT对称性.结果发现,进出口平衡的黏性管流中,ρn～Ren的规律在三种驱动模式中出现,表明流场的PT对称性是由流体本身决定的,与驱动模式没有关系,从此论证所得到的指数率的谱适性.

基于旋磁材料一维光子晶体单向传输

为了实现光的非互易效应,本文设计了四种周期性结构的一维光子晶体,利用基于旋磁材料的传输矩阵公式,计算结构的传输谱。通过外加磁场的作用,破坏系统的时间反演对称。研究发现时间反演对称的破缺必须结合空间结构对称的破缺,才可实现单向传输,并且这种对称性破坏的越严重,正反方向透射谱的分离度越高。旋磁材料作为一维光子晶体缺陷层,不仅结构简单,而且正向透射率接近100%。在入射角为45°时,正反方向透射消光比在缺陷层厚度为400μm时达到最大值0.98。

Graphene能带结构中载流子赝自旋特性描述

graphene晶格结构中存在两种不等价的碳原子,导致在第一布里渊区中,导带和价带交界点存在不等价的K点和K'点,载流子在能谷K(K')内的运动具有时间反演对称的性质。从分析石墨烯能带结构中K能谷和K'能谷的相对论Dirac方程入手,从理论上详细计算了该时间反演对称性质的算符表示及其性质。

关于热力学定律的一些讨论

热力学在基础物理学中是一门至关重要的学科,特别是它的4条基本定律,揭示了宏观物质热运动的客观物理规律.本文主要通过Carnot热机循环效率从定量层面上揭示出具有时间反演对称性破缺的宏观物质系统演化的不可逆过程进行的方向性的热力学第二定律和在理想气体温标下具有绝对零度不能到达的热力学第三定律之间的隐含关系,即在Carnot热机中一旦热力学温度能够达到绝对零度,那么就意味着该体系能够实现100%的热机循环效率.同时,这种密切联系可以用微观统计理论给予解释.此外,对于热力学函数及其在当前有关铁电性和铁磁性前沿的研究领域方面也进行系统性地讨论与应用.

两量子比特系统中相互作用对高阶奇异点的影响

近年来,与环境耦合的非厄米开放系统成为人们研究的热点.非厄米体系中的奇异点会发生本征值和本征态的聚合,是区分厄米体系的重要性质之一.在具有宇称-时间反演对称性的体系中,奇异点通常伴随着对称性的自发破缺,存在很多值得探究的新奇物理现象.以往的研究多关注无相互作用系统中的二阶奇异点,对具有相互作用的多粒子系统,及其中可能出现的高阶奇异点讨论较少,特别是相关的实验工作尚未见报道.本文研究了具有宇称-时间反演对称性的两量子比特体系,证明了该体系中存在三阶奇异点,并且量子比特间的伊辛型相互作用能够诱导体系在三阶奇异点附近出现能量的高阶响应,可通过测量特定量子态占据数随时间的演化拟合体系本征值的方法来验证.其次通过探究该体系本征态的性质,展示了奇异点的态聚合特征,并提出了利用长时间演化后稳态的密度矩阵验证态聚合的方法.此外,还将理论的两量子比特哈密顿量映射到两离子实验系统中,基于^(171)Yb^(+)囚禁离子系统设计了实现和调控奇异点,进而验证三阶响应的实验方案.这一方案具有极高的可行性,并有望对利用非厄米系统实现精密测量和高灵敏度量子传感器提供新的思路.

非厄米线性响应理论及其应用

线性响应理论是现代物理实验尤其是量子物态测量实验的理论基础,其核心是将物理系统的探测信号作为微扰,利用系统在未受扰动时的关联函数来刻画物理可观测量的响应.半个多世纪以来,基于封闭量子系统的线性响应理论在量子物态测量实验上取得了巨大的成功.随着超冷原子实验在光场与系统相互作用精确操控方面的快速进展,近年来高精度的冷原子实验已经具备研究耗散量子多体系统的条件,新奇的物理现象在实验中层出不穷,这使得国内外研究者对量子开放系统及其非厄米物理的研究与日俱增.基于此,我们发展了一个量子开放系统的线性响应理论-非厄米线性响应理论.该理论将耗散带来的非厄米效应与量子噪声作为外部探测输入来探测量子系统的性质,并将实验可观测量的含时演化与系统未受扰动状态时的关联函数及其谱函数联系了起来,提供了区分正常物态和奇异物态的一种新手段,所得到的结果与最近冷原子系统实验的结果高度吻合.本文介绍了非厄米线性响应理论,并讨论该理论在量子多体系统以及具有时间反演对称性的量子系统中的应用.

Classification of Topological Insulators with Time-Reversal and Inversion Symmetry

在这份报纸，我们与展示二维的量旋转霍尔(QSH ) 的时间颠倒对称和倒置对称发现那拓扑的绝缘体状态能被划分成 16 个班，它被四 Z2 拓扑的变量 k = 描绘 0， 1 在 Brillouin 地区与高对称指向四。我们为 QSH 的这十六个班中的每一个获得相应的边状态。另外，无团的 fermionic 刺激出现在在不同 QSH 状态之间的量阶段转变，这被预言。最后，我们简短也讨论三维的盒子。

Weyl半金属的性质及其研究进展

拓扑材料近年来在凝聚态物理中备受瞩目,其中拓扑绝缘体和拓扑Weyl半金属成为了一个炙手可热的话题。本文对国内外关于Weyl半金属的研究进展进行了论述。它是一种新的物质状态,其低能量激发是Weyl费米子。本文还对Weyl半金属的反常霍尔效应、时间反演对称性、ABJ反常等性质以及在拓扑材料中的应用进行了系统介绍,为实现高容错的拓扑量子计算和未来低能耗电子学器件应用上提供了参考。

拓扑晶态绝缘体碲化锡纳米线研究

拓扑绝缘体（Topological Insulator）是一种新奇的物质状态，它的体相是绝缘态而表面却是零带隙的金属态。尤其它的表面是受拓扑保护的导电态，不受非磁性杂质和晶体缺陷的干扰，因而在无损耗的量子计算和新奇的自旋电子器件等领域具有重要的应用价值。时间反演对称性保护的三维拓扑绝缘体如Bi2Te3，Sb2Te3和Bi2Se3的发现和研究激励着研究者们寻求新的对称性保护的拓扑绝缘体。